NO176706B

NO176706B - Fraland's tie rod platform for production and possibly storage of oil and gas

Info

Publication number: NO176706B
Application number: NO904443A
Authority: NO
Inventors: Paal G Bergan
Original assignee: Paal G Bergan
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1995-02-06
Also published as: NO904443L; NO904443D0

Description

Foreliggende patentsøknad angår en flytende konstruksjon til bruk ved produksjon og eventuell lagring av hydrokarboner (olje og gass) på steder hvor sjødybden er slik at eventuelle faststående plattformer blir uforholdsmessig store og kost-bare. The present patent application concerns a floating construction for use in the production and possible storage of hydrocarbons (oil and gas) in places where the sea depth is such that any fixed platforms become disproportionately large and expensive.

Flytende plattformer for produksjon og eventuell lagring av hydrokarboner til havs har sine primære fortrinn fremfor faste konstruksjoner ved installasjoner på fra middels store til store havdyp. Hovedidéen bak flytende plattformer er at vannets oppdrift benyttes til å bære konstruksjonens egenvekt og dens nyttelaster, fremfor at disse vertikalkreftene føres via en stiv konstruksjon helt ned til havbunnen. To hoved-prinsipper benyttes til forankring av flytende plattformer, enten et sett av utover pekende, svakt forspente anker-kjettinger eller kabler, eller alternativt, et sett av vertikalt stilte, høyt forspente kabler, stag eller rør. I begge disse hovedtilfellene er det vesentligste problem med plattformen at forankringssystemet blir svært fleksibelt, slik at bevegelsene kan være til hinder for plattformens funksjona-litet, og at store bevegelser i sin tur kan innvirke på stabiliteten. Videre kan de dynamiske egenskapene medføre store problemer med hensyn på utmatting av konstruksjonen eller forankringssystemet. Floating platforms for the production and possible storage of hydrocarbons at sea have their primary advantages over fixed structures for installations at medium to large sea depths. The main idea behind floating platforms is that the buoyancy of the water is used to support the structure's own weight and its payload, rather than these vertical forces being carried via a rigid structure all the way down to the seabed. Two main principles are used for anchoring floating platforms, either a set of outward pointing, slightly prestressed anchor chains or cables, or alternatively, a set of vertically positioned, highly prestressed cables, stays or pipes. In both of these main cases, the most significant problem with the platform is that the anchoring system becomes very flexible, so that the movements can hinder the platform's functionality, and that large movements can in turn affect the stability. Furthermore, the dynamic properties can cause major problems with regard to fatigue of the structure or the anchoring system.

Det foreligger i dag en rekke nye løsninger når det gjelder flytende plattformer basert på forspente stag. Typisk for de fleste strekkstagplattformer, både de som er basert på bruk av betong og stål, er at formen på flytelegemet er forholdsvis komplekst, og at det meste av stabiliteten og oppdriften besørges av konstruksjonsdelen i vannlinjearealet. Stabilitet for den flytende delen tilveiebringes først og fremst av den metasentriske høyde som utledes fra det første-ordens opprettende moment som er en funksjon av fortrengt vannflateareal og plattformens tyngdepunkt. For å oppnå tilstrekkelig stort stabiliserende moment er det nødvendig at vannlinjearealet og strukturens volum i vannflatesonen er temmelig store. En slik geometri medfører imidlertid betydelige hydrodynamiske påkjenninger fra bølger og strøm. Typiske eksempler på slike konstruksjoner med stort vannlinjeareal, er vist i norsk patentsøknad nr. 77.12 01, og i flere kjente konstruksjoner av stål-TLP-er (TLP: tension leg platform). Today, there are a number of new solutions when it comes to floating platforms based on prestressed struts. Typical of most tie rod platforms, both those based on the use of concrete and steel, is that the shape of the floating body is relatively complex, and that most of the stability and buoyancy is provided by the construction part in the waterline area. Stability for the floating part is primarily provided by the metacentric height which is derived from the first-order constitutive moment which is a function of displaced water surface area and the platform's center of gravity. In order to achieve a sufficiently large stabilizing moment, it is necessary that the waterline area and the structure's volume in the water surface zone are fairly large. However, such a geometry entails significant hydrodynamic stresses from waves and currents. Typical examples of such constructions with a large waterline area are shown in Norwegian patent application no. 77.12 01, and in several known constructions of steel TLPs (TLP: tension leg platform).

Et eksempel på en plattform med typisk lite vannlinjeareal, fremgår dog av norsk patentsøknad nr. 88.0370. Dette er imidlertid en pælet brønnhode-plattform av en helt annen geometrisk form og med annen bevegelseskarakteristikk enn konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse. Det finnes også bøyekonstruksjoner som er utformet med hensyn på å minimere bølgekreftene i vannlinjesonen. Eksempelvis viser norsk patentsøknad 86.1452 en bøye som er festet direkte til et forspent stigerør. An example of a platform with a typically small waterline area appears, however, in Norwegian patent application no. 88.0370. However, this is a piled wellhead platform of a completely different geometric shape and with different movement characteristics than the construction according to the present invention. There are also buoy constructions that are designed with regard to minimizing wave forces in the waterline zone. For example, Norwegian patent application 86.1452 shows a buoy which is attached directly to a pre-tensioned riser.

Fra tysk Offenlegungsschrift DE 3,507,023 er kjent en strekkstag-plattform med relativt lite vannlinjeareal, men utformingen av plattformens flytelegeme er som en slags flaske med en nedentil og utvendig anbrakt "smultring"- eller ring-formet lagertank for olje. Det uttrykkes i skriftet at man oppnår en "stabil, men ikke stiv" posisjonering av flyte-legemet, dvs. det benyttes ikke spesielt høy forspenning av strekkstagene. Dette trekk sammen med geometrien for flyte-legemet tilsier at plattformens stabilitet ikke kan være tilstrekkelig for en produksjonsplattform. Plattformen er derfor også i utgangspunktet bare en mellomlagringsplattform, ikke en produksjonsplattform med en dekkskonstruksjon som er egnet til å bære tunge dekkslaster eller for å omfatte produksjons-brønnhoder. From the German Offenlegungsschrift DE 3,507,023 a tension rod platform with a relatively small waterline area is known, but the design of the platform's floating body is like a kind of bottle with a "doughnut"- or ring-shaped storage tank for oil located below and externally. It is expressed in the document that a "stable, but not rigid" positioning of the floating body is achieved, i.e. a particularly high pre-tension of the tie rods is not used. This feature together with the geometry of the floating body implies that the stability of the platform cannot be sufficient for a production platform. The platform is therefore also basically only an intermediate storage platform, not a production platform with a deck structure that is suitable for carrying heavy deck loads or for including production wellheads.

US patent nr. 4,62 6,137 viser en plattformkonstruksjon med et neddykket, hovedsakelig sylindrisk opprettstående flytelegeme, som bærer en adgangs-plattform over vannoverflaten med relativt slanke søyler, og som er forankret til bunnen med et antall vertikale strekkstag. Konstruksjonen er imidlertid hva geometri og stabilitet angår, nokså uspesifi-sert, idet det ikke opplyses noe om plassering av tyngdepunkt og oppdriftssentrum for den flytende konstruksjonen. Sylin-derlegemet er nederst utstyrt med et "smultringformet" legeme for ballastering, og strekkstagene er festet til dette legemet, med festepunkter radielt utenfor selve sylinder-legemet. Patentet omtaler hovedsakelig stabilitet i forhold til strømmer og overflatebevegelser, og dreier seg egentlig om høydemessig plassering i forhold til slike påvirkninger. Derfor skal strekkstagene kunne innkortes eller forlenges relativt enkelt, og ballastering skal benyttes til bestemmelse av "flytehøyde". Dette må bety at oppdrift og vekt ikke er svært forskjellige, og at forspenningen i strekkstagene således er relativt lav. Stabiliteten for systemet er derfor ikke særlig egnet for en moderne produksjonsplattform på middels store til store havdyp. Dessuten er sylinderflyte-legemet ifølge patentet lukket oventil og nedentil på en måte som er uegnet til å motstå større hydrostatiske trykk. US Patent No. 4,626,137 shows a platform structure with a submerged, substantially cylindrical upright floating body, which carries an access platform above the surface of the water with relatively slender columns, and which is anchored to the bottom by a number of vertical tie rods. The construction is, however, as far as geometry and stability are concerned, quite unspecified, as nothing is disclosed about the location of the center of gravity and center of buoyancy for the floating construction. The cylinder body is equipped at the bottom with a "doughnut-shaped" body for ballasting, and the tie rods are attached to this body, with attachment points radially outside the cylinder body itself. The patent mainly mentions stability in relation to currents and surface movements, and is really about height-wise positioning in relation to such influences. Therefore, the tie rods must be able to be shortened or lengthened relatively easily, and ballasting must be used to determine the "floating height". This must mean that buoyancy and weight are not very different, and that the prestress in the tie rods is thus relatively low. The stability of the system is therefore not particularly suitable for a modern production platform at medium to large sea depths. Moreover, according to the patent, the cylinder floating body is closed above and below in a way that is unsuitable for resisting greater hydrostatic pressure.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en flytende marin plattform som ikke har de samme svakhetene som referert til ovenfor, og som gjennom sin utforming vil kunne representere en langt mer økonomisk løsning enn tidligere kjente konstruksjoner. The purpose of the present invention is to provide a floating marine platform which does not have the same weaknesses as referred to above, and which through its design will be able to represent a far more economical solution than previously known constructions.

Oppfinnelsen defineres nøyaktig i de vedføyde patent-kravene. The invention is precisely defined in the attached patent claims.

Den marine konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er basert på et annet hovedprinsipp for hydrodynamisk stabilitet, enn hva som gjelder for tidligere kjente konstruksjoner. Det vanlige, førsteordens opprettingsmoment, som besørges av vannlinjearealet, spiller en svært liten rolle for plattformens stabilitet og bevegelsesegenskaper. Derimot besørges stivhet og stabilitet hovedsakelig av et annenordens moment som forårsakes av et momentkraftpar bestående av forankringsresultant og oppdriftsresultant med en momentarm som først fremkommer når plattformen begynner å legge seg over. Dette er i realiteten en annen-ordens, geometrisk effekt, men på grunn av kreftenes størrelse er dette et helt avgjørende bidrag. I tillegg gir arrangementet av forankringsstagene langs periferien av plattformens nedre del et ikke ubetydelig bidrag til rotasjonsstivheten. The marine construction according to the invention is based on a different main principle for hydrodynamic stability than what applies to previously known constructions. The usual first-order righting moment, provided by the waterline area, plays a very small role in the platform's stability and motion characteristics. In contrast, stiffness and stability are mainly provided by a second-order moment caused by a moment force pair consisting of anchoring resultant and buoyant resultant with a moment arm which only appears when the platform starts to tip over. This is in reality a second-order, geometric effect, but due to the magnitude of the forces, this is an absolutely decisive contribution. In addition, the arrangement of the anchoring struts along the periphery of the lower part of the platform makes a not insignificant contribution to the rotational stiffness.

En vesentlig side ved plattformens utforming er at konstruksjonen har et meget lite tverrsnitt i den aktive bølgesonen, og den pådrar seg derved relativt sett små hydrodynamiske krefter. Hovedlegemet for oppdrift er plassert i god avstand fra vannoverflaten, der bølgekreftene er vesentlig mindre. Totalt sett blir derved forholdet mellom statiske og dynamiske krefter på forankringskonstruksjonen svært gunstig med hensyn på utmatting. An important aspect of the platform's design is that the construction has a very small cross-section in the active wave zone, and it thereby incurs relatively small hydrodynamic forces. The main body for buoyancy is placed at a good distance from the water surface, where the wave forces are significantly smaller. Overall, the ratio between static and dynamic forces on the anchoring structure is therefore very favorable with regard to fatigue.

Oppfinnelsen skal nå belyses nærmere ved hjelp av ikke-begrensende utførelseseksempler, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor The invention will now be explained in more detail by means of non-limiting examples, and with reference to the attached drawings, where

fig. 1 er en prinsippskisse som viser hovedkomponentene som fig. 1 is a schematic diagram showing the main components which

plattformen består av, the platform consists of,

fig. 2 viser de viktigste statiske krefter og momenter som oppstår ved rotasjon av plattformens hoveddel om en fig. 2 shows the most important static forces and moments that occur when the main part of the platform is rotated about one

horisontal akse, horizontal axis,

fig. 3 viser en sekvensiell fremstilling av konstruksjons-trinn, og fig. 3 shows a sequential presentation of construction steps, and

fig. 4 viser konfigurasjon ved uttauing og begynnende installasjon av plattformen. fig. 4 shows the configuration during undocking and initial installation of the platform.

Fig. 1 viser et eksempel på utseende av den komplette Fig. 1 shows an example of the appearance of the complete

konstruksjonen, skjematisk skissert. Konstruksjonen består av et flytelegeme a som har en enkel, sylindrisk form med tilluk-kede, krumme ender. Dette flytelegemet kan bestå av armert og forspent betong, eller av stål. Det innvendige kammeret i the construction, schematically outlined. The construction consists of a floating body a which has a simple, cylindrical shape with closed, curved ends. This floating body can consist of reinforced and prestressed concrete, or of steel. The inner chamber i

flytelegemet a, som kan være seksjonert, kan delvis benyttes til lagring av olje. To utvendige ringer b vises også i figuren, festet til endene av flytelegemets sylindriske del. Disse ringene kan tjene som ringformede avstiverelementer for overgangskreftene mellom lukkedelene og sylinderen, i tillegg til at de tjener som fester for overstrukturens c søyler e og forankringsstagene d. the floating body a, which can be sectioned, can partly be used for storing oil. Two outer rings b are also shown in the figure, attached to the ends of the cylindrical part of the floating body. These rings can serve as annular bracing elements for the transition forces between the closing parts and the cylinder, in addition to serving as fasteners for the superstructure c columns e and the anchoring rods d.

Overstrukturen c består av et sett av vertikale søyler e som bærer dekkskonstruksjonen f. I figuren finnes det 8 søyler, se snittet til høyre, men dette antallet kan være mindre eller større. Avhengig av de totale geometriske dimensjoner kan søylene være utstyrt med sideveis anordnede avstiver-strukturer som strekker seg langs deler av eller hele lengden av søylene. I figuren vises det hvordan søylene også kan strekke seg langs siden av sylinderen som forbindelses-søyler g. På denne måten kan søylene benyttes også som et beskyttende skall for utvendig anordnet teknisk utstyr (f.eks. stigerør), eller som foringsrør for strekkstagene, som kan benyttes i forbindelse med installering og utskifting av disse. Ringene 6 utgjør sammen med forbindelsessøylene g en bærekonstruksjon for overstrukturen c. Bærekonstruksjonen er lett i forhold til flytelegemet a. The superstructure c consists of a set of vertical columns e that support the deck structure f. In the figure there are 8 columns, see the section on the right, but this number can be smaller or larger. Depending on the overall geometric dimensions, the columns can be equipped with laterally arranged bracing structures that extend along parts of or the entire length of the columns. The figure shows how the columns can also extend along the side of the cylinder as connecting columns g. In this way, the columns can also be used as a protective shell for externally arranged technical equipment (e.g. risers), or as casing for the tension rods, which can be used in connection with the installation and replacement of these. The rings 6 together with the connecting columns g constitute a support structure for the superstructure c. The support structure is light in relation to the floating body a.

Flytelegemet a holdes på plass ved hjelp av et sett av vertikale eller tilnærmet vertikale, høyt forspente forank-ringsvaiere eller stag d. Disse er festet til den nedre utvendige ringen inne i eller under søylene, eller fordelt ved siden av disse søylene. Forankringsstagene kan bestå av kompakte eller hule stålstenger, eventuelt skrudd sammen i seksjoner. Alternativt kan forankringsstagene bestå av snodde, bøyelige vaiere. Stagene er forankret til sjøbunnen ved feste til en gravitasjonsbasert forankringsanordning h, som eventuelt kan være festet i bunnen med dyptgående strekkpæler i og/eller skjørt. The floating body a is held in place by means of a set of vertical or nearly vertical, highly prestressed anchoring cables or struts d. These are attached to the lower outer ring inside or below the columns, or distributed next to these columns. The anchoring rods can consist of compact or hollow steel rods, possibly screwed together in sections. Alternatively, the anchoring rods can consist of twisted, flexible wires. The rods are anchored to the seabed by attachment to a gravity-based anchoring device h, which can optionally be attached to the bottom with deep tension piles i and/or skirts.

Det skal bemerkes at en plattform av denne typen i prinsipp er gjenbrukbar. Den kan installeres etter at alle brønner er boret, og den gir svært små vanskeligheter ved fjerning etter at den har tjent sine formål. It should be noted that a platform of this type is in principle reusable. It can be installed after all wells have been drilled, and it presents very little difficulty in removal after it has served its purpose.

I fig. 2 illustreres hovedfaktorene som er av viktighet når det gjelder stabilitet av plattformen. Fb er den resulterende oppdriftskraft fra det vann som forskyves av flytelegemet og søylene, og denne resultantkraften virker i oppdriftssenteret Cb. In fig. 2 illustrates the main factors that are important when it comes to stability of the platform. Fb is the resultant buoyant force from the water displaced by the floating body and the columns, and this resultant force acts in the center of buoyancy Cb.

pw er vannets massetetthet, g er tyngdens akselerasjon og Vw er det forskjøvne vannvolumet. Det kan eventuelt tas hensyn til at vannet har variabel massetetthet. pw is the mass density of the water, g is the acceleration of gravity and Vw is the displaced water volume. It can possibly be taken into account that the water has a variable mass density.

Fp er den resulterende egentyngde av plattformen inklusive flytelegemet, søylene, dekkskonstruksjonen og alt utstyr, installasjoner og lagrede fluida. Fp virker i tyngdepunktet Cg. Ft er den resulterende forankrings- eller strekkstagkraft i festeplanet, og den virker i sentrum av dette planet Ct. Fp is the resulting self-weight of the platform including the floating body, the columns, the deck structure and all equipment, installations and stored fluids. Fp acts in the center of gravity Cg. Ft is the resultant anchoring or tensile force in the attachment plane, and it acts at the center of this plane Ct.

Vertikal kraftbalanse medfører Vertical force balance entails

Figuren viser plattformen med en hellingsvinkel cp. Dette fører til at noen søyler dykkes videre ned i vannet, mens de motsatt stående søylene blir mindre neddykket. Dette gir opphav til et hydrostatisk opprettingsmoment Mh, som er gitt ved hvor Iw er det andre arelmoment ("treghetsmoment") av det fortrengte vannlinjeareal. Det ses også av fig. 2 at hellingen av plattformen fører til ytterligere strekk i visse stag, mens de motsatt stående stagene relakseres tilsvarende. Dette gir et opprettende strekkstag-moment Mt som er The figure shows the platform with an inclination angle cp. This causes some columns to be submerged further into the water, while the opposite columns are submerged less. This gives rise to a hydrostatic righting moment Mh, which is given by where Iw is the second areal moment ("moment of inertia") of the displaced waterline area. It can also be seen from fig. 2 that the tilt of the platform leads to further tension in certain struts, while the opposite struts are relaxed accordingly. This gives a creating tie-rod moment Mt which is

kt er fjærstivheten (N/m) for et enkelt strekkstag, og a± er avstanden (armen) fra dreieaksen for strekkstag nr. "i". Det totale momentet oppnås ved å summere bidragene fra alle stag. kt is the spring stiffness (N/m) for a single tie rod, and a± is the distance (arm) from the axis of rotation for tie rod No. "i". The total moment is obtained by summing the contributions from all braces.

Det er verdt å legge merke til at tyngdepunktet Cg kan ligge høyt over oppdriftssenteret, og at den metasentriske høyden kan tolkes som negativ. Imidlertid er den viktigste komponenten i stabilitetsligningen i virkeligheten det moment som utøves av strekkstag-kraften Ft, hvilket ikke forekommer for fritt flytende legemer. Når denne effekten inkluderes, gis det totale opprettelses-momentet om Ct ved It is worth noting that the center of gravity Cg can be high above the center of buoyancy, and that the metacentric height can be interpreted as negative. However, the most important component of the stability equation is in reality the moment exerted by the tie rod force Ft, which does not occur for freely floating bodies. When this effect is included, the total creation moment about Ct is given by

Dette opprettende momentet er positivt fordi Fb er mye større enn Fp. Mh og Mt vil helt generelt være av mindre viktighet for denne type plattform, skjønt Mt kan ha en relativt betydelig størrelse. Ligning (5) kan transformeres til en "ekvivalent effektiv metasentrisk høyde" GMeff for en fritt flytende plattform med oppdriftskraft FbNår denne ligning sammenstilles med ligning (5), oppnås den ekvivalente effektive metasentriske høyden This creating torque is positive because Fb is much larger than Fp. Mh and Mt will generally be of less importance for this type of platform, although Mt can have a relatively significant size. Equation (5) can be transformed into an "equivalent effective metacentric height" GMeff for a free-floating platform with buoyancy force Fb When this equation is combined with equation (5), the equivalent effective metacentric height is obtained

Denne størrelsen kan tolkes som et stabilitetskriterium, og dette kan sammenlignes med kravet til hydrostatisk stabilitet som foreskrives av myndighetene. Et typisk tall er at GM bør være større enn 1 meter. This size can be interpreted as a stability criterion, and this can be compared to the requirement for hydrostatic stability prescribed by the authorities. A typical figure is that GM should be greater than 1 meter.

Ligning (7) er konservativ, i den forstand at Fb benyttes som faktor i nevneren. For et fritt flytende legeme er Fb lik Fp. Ved å benytte vekten Fp av legemet eller plattformen som kraftkomponent, oppnås en større GM enn i ligning (7), fordi Fp er betraktelig mindre enn Fb. Spørsmålet om hvem som skal benyttes av Fp eller Fb i denne sammenheng, er nokså akademisk. Det som her er viktig, er størrelsen av det gjenopprettende momentet Moppretting for en gitt hellingsvinkel cp. Equation (7) is conservative, in the sense that Fb is used as a factor in the denominator. For a freely floating body, Fb is equal to Fp. By using the weight Fp of the body or platform as a force component, a larger GM is obtained than in equation (7), because Fp is considerably smaller than Fb. The question of who should be used by Fp or Fb in this context is rather academic. What is important here is the magnitude of the restoring moment Mopping for a given inclination angle cp.

Ved konstruksjonen ifølge oppfinnelsen oppnås at plattformens dynamiske bevegelsesegenskaper tilfredsstiller de funksjonelle krav som må stilles for f.eks. en produksjonsplattform, dvs. at plattformen oppnår tilfredsstillende stabilitet mot bevegelse i de forskjellige mulige bevegelsesmodi. With the construction according to the invention, it is achieved that the platform's dynamic movement characteristics satisfy the functional requirements that must be met for e.g. a production platform, i.e. that the platform achieves satisfactory stability against movement in the different possible modes of movement.

En viktig design-faktor som bestemmer plattformens stabilit stabilitet er den virkelige lengden av flytelegemet. En lang og dyp konstruksjon er generelt mer stabil enn en konstruksjon med lite dypgående. Dette er nøyaktig den motsatte effekt av det som forventes når det gjelder et fritt flytende legeme. Ballastering av flytelegemet er også fordel-aktig for stabiliteten. Disse to faktorene slått sammen, indikerer at dette konseptet er ideelt tilpasset lagring av olje ved å benytte en utvidet totallengde på sylinderen for å romme det ytterligere volum som behøves for oljen. An important design factor that determines the stability of the platform is the actual length of the floating body. A long and deep construction is generally more stable than a construction with little draft. This is exactly the opposite effect of what is expected in the case of a free-floating body. Ballasting the floating body is also advantageous for stability. These two factors combined indicate that this concept is ideally suited to the storage of oil by using an extended overall length of the cylinder to accommodate the additional volume required for the oil.

Selve hoveddelen av flytelegemet kan bygges av armert og forspent betong, eller som et avstivet stålskall. Betong kan være det mest sannsynlige materialet, på grunn av kostnader, vedlikeholdsegenskaper, motstand mot formforandring etc. Det utvendige trykket er gunstig i den forstand at det leder til nær konstante membrankrefter i trykk som forhindrer at betongen sprekker. The main part of the floating body itself can be built from reinforced and prestressed concrete, or as a stiffened steel shell. Concrete may be the most likely material, due to cost, maintenance properties, resistance to deformation etc. The external pressure is beneficial in the sense that it leads to near constant membrane forces in pressure which prevent the concrete from cracking.

Det innvendige volumet av flytelegemet kan deles opp i seksjoner eller undervolumer ved hjelp av horisontale og/eller vertikale vegger. Disse veggene kan tjene som begrensninger, avstivningselementer, adskillelsesvegger, eller kan benyttes for å oppfylle andre funksjonelle behov. Vertikale vegger kan typisk benyttes når det gjelder kompensasjons-ballastering i tilfelle av utskifting eller brudd på noen av strekkstagene, forskjøvet belastning på dekkskonstruksjonen etc. The internal volume of the floating body can be divided into sections or sub-volumes by means of horizontal and/or vertical walls. These walls can serve as limitations, bracing elements, separation walls, or can be used to fulfill other functional needs. Vertical walls can typically be used when it comes to compensatory ballasting in the event of replacement or breakage of some of the tie rods, shifted load on the deck structure, etc.

Det er også mulig at et rør kan gå tvers gjennom flyte-legemet, langs den sentrale vertikale aksen. Dette røret kan tjene som foringsrør for stigerør for hydrokarboner, og det kan strekke seg helt opp til dekkskonstruksjonen. It is also possible that a tube can run transversely through the floating body, along the central vertical axis. This pipe can serve as casing for hydrocarbon risers, and it can extend all the way up to the deck structure.

Den nedre delen av flytelegemets indre volum kan være fylt permanent med et ballastmedium med høy tetthet, for å forbedre systemets totale stabilitet. The lower part of the floating body's internal volume can be permanently filled with a high-density ballast medium, to improve the overall stability of the system.

Den øvre ringavstiveren b (fig. 1) tjener som støtte for overstrukturens søyler e. Den tjener også visse formål når det gjelder strukturell styrke i forbindelse med overgangen mellom det dobbeltkrummede toppskallet og det sylindriske skallet. Denne ringen fungerer også som en festeanordning når en ekstra flottør-ring benyttes i uttauingsfasen for konstruksj onen. The upper ring brace b (Fig. 1) serves to support the superstructure columns e. It also serves certain purposes in terms of structural strength in connection with the transition between the doubly curved top shell and the cylindrical shell. This ring also functions as a fastening device when an additional float ring is used in the defrosting phase of the construction.

Den nedre ringavstiveren b tjener som et forsterknings-element som overfører strekkstag-kreftene til den nedre del av skallet. Den kan også benyttes som feste for forankringsanordningen i under uttauingsfasen. The lower ring stiffener b serves as a reinforcement element which transfers the tension rod forces to the lower part of the shell. It can also be used as an attachment for the anchoring device during the defrosting phase.

Når det gjelder søylene som rager opp fra bærekonstruksjonen b, kan forskjellige antall søyler e benyttes, avhengig av det bestemte formål med plattformen, og det totale design for dekkskonstruksjonen f med utstyr. Generelt gir et høyt antall søyler bedre margin og bedre sikkerhet, men de vil også lede til økte hydrodynamiske påkjenninger. As for the columns protruding from the support structure b, different numbers of columns e can be used, depending on the specific purpose of the platform, and the overall design of the deck structure f with equipment. In general, a high number of columns gives a better margin and better safety, but they will also lead to increased hydrodynamic stresses.

Disse søylene kan tjene som beskyttelse for prosesserings- og teknisk utstyr. De kan også benyttes som adkomstkanaler til strekkstagene når de kombineres med forlengelsene g. These columns can serve as protection for processing and technical equipment. They can also be used as access channels to the tie rods when combined with the extensions g.

Den del av overstrukturen som ligger mellom flytelegemet og dekkskonstruksjonen kan styrkes ved hjelp av et sideveis avstivningsarrangement, dvs. et som består av diagonal-avstivere, X-type eller K-type avstivere. Et slikt avstivningsarrangement kan tilføyes langs bare en del av søylenes totallengde, og det kan benyttes til å gi ekstra støtte for dekkskonstruksj onen. The part of the superstructure lying between the floating body and the deck structure can be strengthened by means of a lateral bracing arrangement, i.e. one consisting of diagonal braces, X-type or K-type braces. Such a bracing arrangement can be added along only part of the total length of the columns, and it can be used to provide extra support for the deck construction.

Valg av strekkstag-system bør baseres på et detaljert studium av sikkerhets- og kostnadsfaktorer for den bestemte installasjon som skal realiseres. Strekkstagene kan tilveiebringes av forskjellige typer metall eller kompositter, hvorav det mest sannsynlige er legert stål. Stagene kan være hule eller kompakte, og kan føyes sammen i seksjoner. I visse tilfeller kan det være et alternativ å benytte fleksible vaiere. The choice of tension rod system should be based on a detailed study of safety and cost factors for the specific installation to be realized. The tension struts can be made of different types of metal or composites, the most likely of which is alloy steel. The struts can be hollow or compact, and can be joined together in sections. In certain cases, it may be an alternative to use flexible cables.

Strekkstagene er festet til den nedre ringavstiveren b med en passende festemekanisme. I den andre enden er de festet til forankringssystemet på sjøbunnen. Strekkstagene kan være jevnt fordelt langs ringens periferi, eller de kan være arrangert i bunter. The tie rods are attached to the lower ring brace b with a suitable attachment mechanism. At the other end, they are attached to the anchoring system on the seabed. The tension rods can be evenly distributed along the periphery of the ring, or they can be arranged in bundles.

Utformingen av dekkskonstruksjonen f avhenger av antallet søyler og av vekten og typen av de komponenter som dekkskon-struks jonen må bære. The design of the deck structure f depends on the number of columns and the weight and type of the components that the deck structure must carry.

Formålet ved forankringsstrukturen h er å tjene som forankring for strekkstagene d. Forankringsanordningen kan være en stål- eller betongkonstruksjon med form som en boks eller senkekiste som senkes ned på sjøbunnen og deretter ballasteres med et egnet, tungt materiale. Forankringsanordningen kan ha en ringlignende form som er tilpasset den geometriske oppstillingen av strekkstagene. Den kan også bygges i seksjoner som deretter sammenføyes. Den kan også utstyres med pæler eller plugger som forhindrer horisontal bevegelse. Forankringsanordningen h er utstyrt med passende festeanordninger for strekkstagene. Den kan også være utstyrt med anordninger for rør, brønner og prosesseringsutstyr. The purpose of the anchoring structure h is to serve as an anchor for the tie rods d. The anchoring device can be a steel or concrete structure in the shape of a box or sinking chest which is lowered to the seabed and then ballasted with a suitable, heavy material. The anchoring device can have a ring-like shape that is adapted to the geometric arrangement of the tension rods. It can also be built in sections which are then joined together. It can also be fitted with stakes or plugs that prevent horizontal movement. The anchoring device h is equipped with suitable fastening devices for the tie rods. It may also be equipped with arrangements for pipes, wells and processing equipment.

Strekkpæler i kan benyttes som alternativ til den gravitasjonsbaserte forankringsstrukturen, eller eventuelt som ytterligere forankring av denne. Tension piles can be used as an alternative to the gravity-based anchoring structure, or possibly as additional anchoring of this.

Når det gjelder ledningsrør for hydrokarboner samt behandlingsutstyr, foreligger det mange alternativer når det gjelder dette i samband med den plattformtype som oppfinnelsen angår. Selv om det foreligger en vekselvirkning mellom konstruksjonsdesign og det utstyr som skal benyttes, utgjør utstyrssiden en betraktning som ligger utenfor foreliggende oppfinnelse. Slik det er nevnt tidligere, kan prosesserings-rørledninger plasseres på utsiden av plattformen, inne i søylene eller rett gjennom selve flytelegemet. Plattformen kan også benyttes i kombinasjon med utvendige, fleksible ledningsrør og avlastings-systemer. Slik det er nevnt tidligere kan flyte-legemet benyttes for midlertidig lagring av olje. When it comes to pipelines for hydrocarbons and treatment equipment, there are many alternatives when it comes to this in connection with the type of platform to which the invention relates. Even if there is an interaction between construction design and the equipment to be used, the equipment side constitutes a consideration that lies outside the present invention. As mentioned earlier, processing pipelines can be placed on the outside of the platform, inside the columns or straight through the floating body itself. The platform can also be used in combination with external, flexible conduits and unloading systems. As mentioned earlier, the floating body can be used for temporary storage of oil.

Når det gjelder selve byggefasen for konstruksjonen ifølge oppfinnelsen, kan denne utføres på en rekke forskjellige måter. I fig. 3 er det vist en rekke byggetrinn som illustrerer en gunstig måte å bygge plattformen på. As regards the construction phase itself for the construction according to the invention, this can be carried out in a number of different ways. In fig. 3, a number of construction steps are shown which illustrate a favorable way of building the platform.

I fig. 3a vises bygging av bunnseksjonen av flytelegemet i en tørrdokk. Når dette trinnet avsluttes, fylles tørrdokken med vann, og bunnseksjonen av flytelegemet taues ut i flytende tilstand til en posisjon hvor det er tilstrekkelig dybde for fullføring av hele flytelegemet. Når det benyttes betong, kan den sylindriske delen videre konstrueres med bruk av glide-forskaling, se fig. 3b. Det skal bemerkes at flytelegemet må ballasteres kontinuerlig under denne prosessen. I figuren indikeres også at forankringsanordningen h kan festes til den nedre enden av flytelegemet under dette trinnet, se tegning med stiplede linjer. Dette kan gjøres enkelt dersom forankringsanordningen består av to halv-ringer som skal føyes sammen. Som et alternativ kan denne forankringsanordningen bygges samtidig med flytelegemet i tørrdokken. In fig. 3a shows construction of the bottom section of the floating body in a dry dock. When this step is completed, the dry dock is filled with water and the bottom section of the floating body is towed out in a floating state to a position where there is sufficient depth for completion of the entire floating body. When concrete is used, the cylindrical part can further be constructed using sliding formwork, see fig. 3b. It should be noted that the floating body must be continuously ballasted during this process. The figure also indicates that the anchoring device h can be attached to the lower end of the floating body during this step, see drawing with dashed lines. This can be done easily if the anchoring device consists of two half-rings that are to be joined together. As an alternative, this anchoring device can be built at the same time as the floating body in the dry dock.

Fig. 3c viser flytelegemet i ferdig tilstand. På grunn av fast og/eller fluidums-ballastering forblir flytelegemet stabilt, og kan om nødvendig taues til en annen posisjon for installering av overstrukturen og teknisk utstyr. Fig. 3c shows the floating body in its finished state. Due to solid and/or fluid ballasting, the floating body remains stable and, if necessary, can be towed to another position for installation of the superstructure and technical equipment.

Under konstruksjon av dekket og plassering av last på dekket, er det sannsynlig at ytterligere tiltak må foretas for å beholde hydrostatisk stabilitet. En måte å gjøre dette på, er å feste en ekstra flottør-ring utvendig på den øvre ringen b på flytelegemet. Denne flottør-ringen, som består av stål eller betong, kan konstrueres i en, to eller flere seksjoner som monteres sammen, se fig. 3d. Denne ekstra flottør-ringen kan også komme til nytte under plassering av forankringsanordningen på sjøbunnen, se nedenfor. During construction of the deck and placement of loads on the deck, it is likely that additional measures will need to be taken to retain hydrostatic stability. One way to do this is to attach an extra float ring externally to the upper ring b of the floating body. This float ring, which consists of steel or concrete, can be constructed in one, two or more sections which are assembled together, see fig. 3d. This extra float ring can also come in handy when placing the anchoring device on the seabed, see below.

Med en hensiktsmessig utforming av den ekstra flottør-ringen kan konstruksjonen med utstyr taues til sin endelige plassering slik den vises i fig. 3d. Alternativt kan plattformen senkes dypere ned, slik det vises i fig. 4, hvor flytelegemet også "henger i" flottør-ringen ved hjelp av vaiere eller senkekjettinger. With an appropriate design of the additional float ring, the construction with equipment can be towed to its final location as shown in fig. 3d. Alternatively, the platform can be lowered deeper, as shown in fig. 4, where the floating body also "hangs in" the float ring by means of cables or lowering chains.

Forskjellige fremgangsmåter kan følges når det gjelder endelig installering av den marine konstruksjonen ifølge oppfinnelsen. I det tilfelle hvor forankringsanordningen er installert på forhånd på bunnen av sjøen, foregår installering av plattformen ved å føre strekkstagene ned til festepunktene fra en posisjon som vises i fig. 3d eller fig. 4. Samtidig som ballastering og vertikal bevegelse av flytelegemet finner sted, dras det så i strekkstagene fra deres øvre ender. Etter at de øvre endene er endelig festet, deballasteres flyte-legemet i foreskrevet grad for å oppnå korrekt forspenning av strekkstagene. Different methods can be followed when it comes to final installation of the marine construction according to the invention. In the case where the anchoring device is installed in advance on the bottom of the sea, installation of the platform takes place by bringing the tie rods down to the attachment points from a position shown in fig. 3d or fig. 4. At the same time as ballasting and vertical movement of the floating body takes place, the tie rods are pulled from their upper ends. After the upper ends are finally attached, the floating body is de-ballasted to the prescribed extent to achieve correct pre-tensioning of the tie rods.

Et alternativt tilfelle er at forankringsanordningen ikke er installert på forhånd, og at den følger konstruksjonen forøvrig ved uttauing, slik det vises med stiplede streker i fig. 3d eller fig. 4. I dette tilfellet må først forankringsanordningen senkes ned fra plattformen, idet det benyttes vaiere fra selve flytelegemet og fra den ekstra flottør-ringen. Når forankringsanordningen har nådd bunnen, fylles forankringsanordningens kammere med ballast for at forankringssystemet dermed skal oppnå tilstrekkelig neddykket vekt. An alternative case is that the anchoring device is not installed in advance, and that it otherwise follows the construction during unmooring, as shown by dashed lines in fig. 3d or fig. 4. In this case, the anchoring device must first be lowered from the platform, using cables from the floating body itself and from the additional float ring. When the anchoring device has reached the bottom, the anchoring device's chambers are filled with ballast so that the anchoring system will thus achieve sufficient submerged weight.

Claims

1. Marine construction with mainly submerged, floating platform unit, with the possibility of storing hydrocarbons, which construction includes an anchoring device (h, i) on the seabed, a hollow floating body (a) which is entirely below the surface of the water and has the shape mainly of a vertical cylinder with closed end faces, where the height of the cylinder is greater than the cylinder diameter, at least four vertical tension rods (d) between the anchoring device (h, i) and the floating body (a), where the tension rods' attachment points to the floating body (a) are located at the bottom of this and lie evenly or in groups at even distances between them, as well as a deck structure (f) above the surface of the water, supported by the floating body by means of columns (e) attached to a supporting structure (b) thereon, where the floating body (a), the supporting structure (b), the columns (e) and the deck structure (f) together constitute the platform unit, and the columns (e) that support the deck structure (f), have a small waterline area in relation to the floating body's (a) average horizontal cross-sectional area, characterized by i) the combination of the parameters 1) level difference h^ between the attachment points and the center of displaced liquid quantity, 2 ) the pretension in the tension rods, 3) the location of the tension rods, 4) the size of the floating body and 5) the internal liquid volume, satisfy the requirement <M>creation <=> Fbhb<*> " FpV> + Mh <+> Mt <>><0, > where the most significant contribution to the righting moment Righting comes from the second-order force couple that arises between A) the resultant of the anchoring forces Ft in the middle of said lower cylinder circumference and B) the buoyant resultant F^ in said center, as Fp is the total self-weight of the platform unit, Ft = Fb" Fp' hg is the difference in level between the attachment points and the platform center of gravity of the unit, Mh is the hydrostatic righting moment for the columns waterline area, and M-t is a creating tension member moment due to stretch difference in the struts, at an angle of inclination # for the platform unit, ii) the attachment points of the tension rods to the floating body (a) are placed along the lower cylinder circumference of the floating body, as the tension rods (d) thereby together exhibit geometric stiffness which provides rotational stiffness about a vertical axis as well as necessary horizontal stiffness for the construction, and iii) that the closure of the floating body's (a) upper and lower end has the shape of a double-curved shell.

2. Marine construction according to claim 1, characterized in that the floating body (a) is internally divided with horizontally or vertically positioned partitions to obtain separate chambers or spaces that can be used for ballasting with water, storing hydrocarbons, storing liquids or other materials for the platform unit's purpose of use, process equipment, mechanical equipment or the like.

3. Marine construction according to one of claims 1 or 2, characterized in that the anchoring stays (d) consist of cables made of metal or composite materials, possibly compact or hollow steel rods, which can be joined in sections.

4. Marine construction according to any of claims 1-3, characterized in that a continuous guide channel for pipelines for the transport of hydrocarbons is arranged in the floating body (a).