NO177829B

NO177829B - Prefabricated silo unit

Info

Publication number: NO177829B
Application number: NO920824A
Authority: NO
Inventors: Ove Tobias Gudmestad; Tor Inge Tjelta
Original assignee: Statoil As
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1995-08-21
Also published as: NO920824D0; NO177829C; NO920824L

Description

Denne oppfinnelse angår en prefabrikert silo-enhet beregnet til å senkes til sjøbunnen og nedgraves i denne, særlig for beskyttet undervannsinstallasjon i forbindelse med olje- og gassvirksomhet til havs, hvor sjøbunnen består av løsmasser. Silo-enheter av denne type kan omfatte spyleinnretninger for fluidisering av løsmasser og en sugepumpeanordning for å fjerne fluidiserte løsmasser under nedgraving av silo-enheten i sjøbunnen. This invention relates to a prefabricated silo unit intended to be lowered to the seabed and buried in it, particularly for protected underwater installation in connection with oil and gas operations at sea, where the seabed consists of loose masses. Silo units of this type can include flushing devices for fluidizing loose masses and a suction pump device for removing fluidized loose masses during burying of the silo unit in the sea bed.

Olje- og gassvirksomhet til havs har gjennom årene ført til en økende interesse for undervannsinstallasjoner, med sikte på mer eller mindre permanent anbringelse av utstyr på sjøbunnen, uten bruk av overflateinstallasjoner som platt-former e.l., for de aktuelle operasjoner eller funksjoner. Slike undervannsinstallasjoner kan imidlertid være utsatt for påkjenninger og skader av forskjellig art, f.eks. isfjell som stikker ned mot sjøbunnen. Det kan derfor være viktig å anbringe og beskytte slike undervannsinstallasjoner eller - enheter på en måte som sikrer dem mot forekommende ytre påvirkning. Over the years, offshore oil and gas operations have led to a growing interest in underwater installations, with the aim of more or less permanent placement of equipment on the seabed, without the use of surface installations such as platforms etc., for the relevant operations or functions. Such underwater installations may, however, be exposed to stress and damage of various kinds, e.g. icebergs that stick down to the seabed. It can therefore be important to place and protect such underwater installations or units in a way that secures them against occurring external influences.

Det er således kjent tidligere forslag til nedgraving av silo-lignende enheter i sjøbunnen for det her angitte formål. Britisk patentpublikasjon 2.133.060 beskriver en slik silo beregnet for brønnhodeutstyr og utformet med åpen bunn samt lukning på toppen. Selv om denne kjente silo nedgraves i sjøbunnen ved utnyttelse av spyle- og sugevirkning, medfører hovedutformningen adskillige komplikasjoner når den nedgravde silo skal tømmes for sand eller leire og tas i bruk for anbringelse av utstyr og utførelse av operasjoner i sjøbunnen under siloen. There are thus known previous proposals for burying silo-like units in the seabed for the purpose stated here. British patent publication 2,133,060 describes such a silo intended for wellhead equipment and designed with an open bottom and closure at the top. Although this known silo is buried in the seabed by utilizing flushing and suction, the main design entails several complications when the buried silo is to be emptied of sand or clay and put into use for placing equipment and carrying out operations in the seabed below the silo.

Et annet eksempel på installasjon av silo for lignende formål, men enda mer komplisert i sin utførelse, er å finne i europeisk patentpublikasjon 260.143. Det kan dessuten være grunn til å nevne at nedgraving av innretninger eller enheter i sjøbunnens løsmasser er kjent også tidligere for andre formål, nemlig for anbringelse av ankere i sjøbunnen. Eksempler på dette er å finne i tysk patentpublikasjon 2.154.231 og US-patent 4.432.671. Another example of installing a silo for a similar purpose, but even more complicated in its execution, can be found in European patent publication 260,143. There may also be reason to mention that burying devices or units in the loose masses of the seabed has also been known in the past for other purposes, namely for placing anchors in the seabed. Examples of this can be found in German patent publication 2,154,231 and US patent 4,432,671.

Denne oppfinnelse tar sikte på vesentlige forbedringer ved silo-enheter for nedgraving i sjøbunnen. Forbedringene gjelder såvel rent styrke- og sikkerhetsmessige forhold som rent praktiske fordeler i forbindelse med selve nedgravingen og den påfølgende klargjøring for den aktuelle anvendelse. This invention aims at significant improvements in silo units for burial in the seabed. The improvements apply to purely strength and safety aspects as well as purely practical advantages in connection with the actual excavation and the subsequent preparation for the application in question.

De nye og særegne trekk ved den prefabrikerte silo-enhet ifølge oppfinnelsen, er nærmere angitt i patentkravene. The new and distinctive features of the prefabricated silo unit according to the invention are specified in more detail in the patent claims.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel illustrert på tegningen, som i forenklet tverrsnitt viser en silo-enhet som i dette tilfelle er laget av betong plassert på sjøbunnen. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment illustrated in the drawing, which in a simplified cross-section shows a silo unit which in this case is made of concrete placed on the seabed.

I det viste eksempel på silo-enhet omfatter denne en bunn 3 og sidevegger 10. Det innvendige rom som derved er dannet, kan tjene til å oppta utstyr av forskjellige slag, avhengig av hvilke undervannsoperasjoner siloen skal benyttes til. In the shown example of a silo unit, this comprises a bottom 3 and side walls 10. The internal space thus formed can be used to accommodate equipment of various kinds, depending on which underwater operations the silo is to be used for.

Betong-siloen blir plassert på en sjøbunn 5, f.eks. ved hjelp av en kran på et spesielt kranfartøy e.l. Disse prefabrikerte silo-enheter kan hensiktsmessig fremstilles av armert betong, mens tilhørende plateformede skjørt 12 kan bestå av stålplater, men også andre material-kombinasjoner kan tenkes. Et poeng i denne forbindelse er at enhetenes vekt alene bør være tilstrekkelig til å bringe skjørtet eller skjørtene 12 til å trenge et stykke ned i aktuelle løsmasser ved anbringelse av elementene på sjøbunnen 5. Tykkelsen og utformingen av det plateformede skjørt bør avpasses med hen-blikk på dette. Som vist ved 14 er skjørtet 12 innstøpt i betong-siloens nedre kantpartier for å oppnå en god befes-tigelse. The concrete silo is placed on a seabed 5, e.g. by means of a crane on a special crane vessel etc. These prefabricated silo units can suitably be made of reinforced concrete, while the associated plate-shaped skirt 12 can consist of steel plates, but other material combinations are also conceivable. A point in this connection is that the weight of the units alone should be sufficient to cause the skirt or skirts 12 to penetrate a certain distance into relevant loose masses when placing the elements on the seabed 5. The thickness and design of the plate-shaped skirt should be carefully adjusted on this. As shown at 14, the skirt 12 is embedded in the lower edge parts of the concrete silo to achieve a good fastening.

Det plateformede skjørt 12 er anordnet tilnærmet i flukt med sideveggene 10, og stikker ned en passende avstand under bunnen 3. I det område eller mellomrom 20 som ligger innenfor skjørtet 12 og under bunnen 3, blir det avgrenset en mengde av den løsmasse som danner sjøbunnen 5. Senkning eller nedgraving av betong-siloen skjer ved innføring av vann i dette mellomrom 20, med sikte på fluidisering av løsmassene i dette, slik at disse løsmasser i en fluidisert eller vann-blandet tilstand kan fjernes. For dette formål er det i mellomrommet 20 anordnet spyleinnretninger, f .eks. i form av spylerør og -dyser 16A,B,D, som gjennom tilførselsrør enten er forbundet med vannpumpeutstyr 25, eller som står åpne til sjøen utenfor. The plate-shaped skirt 12 is arranged approximately flush with the side walls 10, and protrudes a suitable distance below the bottom 3. In the area or space 20 that lies within the skirt 12 and below the bottom 3, a quantity of the loose mass that forms the seabed is delimited 5. Lowering or burying the concrete silo takes place by introducing water into this space 20, with the aim of fluidizing the loose masses in it, so that these loose masses in a fluidized or water-mixed state can be removed. For this purpose, flushing devices are arranged in the space 20, e.g. in the form of flushing pipes and nozzles 16A,B,D, which are either connected through supply pipes to water pumping equipment 25, or which are open to the sea outside.

Anbringelsen av en betong-silo med skjørtet 12 stikkende mer eller mindre ned i sjøbunnen 5, dvs. i en startstilling før nedgraving, skjer i første omgang uten bruk av spyle-virkning, idet dimensjonering og utforming av skjørtet er valgt slik i forhold til vekten av selve betong-siloen med sidevegger 10 og bunnen 3, at skjørtet vil trenge et stykke ned i aktuelle løsmasser, under innvirkning av betong-siloens vekt alene, slik som nevnt ovenfor. The placement of a concrete silo with the skirt 12 sticking more or less into the seabed 5, i.e. in a starting position before burial, takes place in the first instance without the use of a flushing effect, as the dimensioning and design of the skirt has been chosen in this way in relation to the weight of the concrete silo itself with side walls 10 and bottom 3, that the skirt will penetrate a bit into relevant loose masses, under the influence of the concrete silo's weight alone, as mentioned above.

Med sikte på fjernelse av fluidisert løsmasse fra området eller mellomrommet 20, er det videre anordnet i det minste ett sugerør 23, hvis munning er åpen mot mellomrommet 20. Bunnen 3 kan ha en gjennomgående åpning 26 for sugerøret 23. I det viste eksempel er åpningen 26 og dermed munningen av sugerøret 23 plassert sentralt i bunnen 3. En slik plassering av sugemunningen kan i mange tilfeller være for-delaktig, kanskje særlig med sikte på etterfølgende brønn-boring gjennom denne sentrale åpning 26 i bunnen. With a view to removing fluidized loose mass from the area or space 20, there is also arranged at least one suction tube 23, the mouth of which is open to the space 20. The bottom 3 can have a continuous opening 26 for the suction tube 23. In the example shown, the opening is 26 and thus the mouth of the suction pipe 23 located centrally in the bottom 3. Such a placement of the suction mouth can in many cases be advantageous, perhaps particularly with a view to subsequent well drilling through this central opening 26 in the bottom.

Sugerøret 23 fører til pumpeutstyr 21 egnet til å pumpe ut den forannevnte blanding av vann og løsmasse, f.eks. sand, fra mellomrommet 20. Et avløpsrør 22 fra pumpen 21 kan ganske enkelt avgi masseblandingen til sjøbunnen omkring installasjonsstedet. Vannrør og -dyser 16A,B,D for fluidi-seringen av disse løsmasser kan også i enkelte tilfeller med fordel være plassert innvendig på skjørtet 12, fortrinnsvis også med noe nedadrettede dyser 16C ved de nedre kanter av skjørtet. The suction pipe 23 leads to pumping equipment 21 suitable for pumping out the aforementioned mixture of water and loose material, e.g. sand, from the space 20. A drain pipe 22 from the pump 21 can simply deliver the mass mixture to the seabed around the installation site. Water pipes and nozzles 16A,B,D for the fluidisation of these loose masses can also in some cases be advantageously placed inside the skirt 12, preferably also with somewhat downward-directed nozzles 16C at the lower edges of the skirt.

Fra den nevnte start- eller utgangsstilling blir siloen nedgravet eller senket ved spyling av vann gjennom dysene 16A,B,C,D. Samtidig iverksettes utsuging fra munningen 23 ved hjelp av pumpen 21. Når etterhvert løsmasse fjernes fra mellomrommet 20 vil siloen synke ned i sjøbunnen 5, noe som skjer på en kontrollert måte, avhengig av tilført vannmengde og utpumpingseffekten. Dette kan reguleres ved hjelp av en passende reguleringsinnretning. Den drivende kraft som sørger for senkningen ned i sjøbunnen, er foruten siloens egen vekt også i stor grad forårsaket av den 11 suge"-kraft som oppstår når indre vanntrykk under bunnplaten 3 er lavere enn ytre vanntrykk. From the aforementioned starting or starting position, the silo is buried or lowered by flushing water through the nozzles 16A,B,C,D. At the same time, suction is started from the mouth 23 with the help of the pump 21. When eventually loose material is removed from the space 20, the silo will sink into the seabed 5, which happens in a controlled manner, depending on the amount of water added and the pumping out effect. This can be regulated using a suitable regulation device. In addition to the silo's own weight, the driving force which ensures the sinking into the seabed is also largely caused by the suction force which occurs when the internal water pressure under the bottom plate 3 is lower than the external water pressure.

Det forhold at silo-enheten ved de øvre kanter 8 av veggene 10 er i det vesentlige åpen oppad under installa-sjonen, dvs. nedsenkningen fra overflaten og selve nedgravingen i sjøbunnen 5, eventuelt også under transport ut til det aktuelle installasjonssted, innebærer fordeler bl.a. rent praktisk med hensyn til adkomsten til det indre av siloen. Etter at undervannsproduksjonsutstyr er installert i siloen er det imidlertid hensiktsmessig i de fleste tilfeller å anbringe en eller flere beskyttelsesplater med anlegg mot kantene 8 på toppen av siloveggene 10. Slike beskyttelsesplater kan være nødvendig for å hindre at fallende objekter kan ødelegge det installerte utstyr. Beskyttelsesplatene kan være forsynt med luker for å gi adgang til utstyret, eller platene kan være helt eller delvis fjernbare for dette formål. The fact that the silo unit at the upper edges 8 of the walls 10 is essentially open upwards during installation, i.e. the immersion from the surface and the actual burial in the seabed 5, possibly also during transport out to the installation site in question, entails advantages including .a. purely practical with regard to access to the interior of the silo. After underwater production equipment has been installed in the silo, however, it is appropriate in most cases to place one or more protective plates against the edges 8 on top of the silo walls 10. Such protective plates may be necessary to prevent falling objects from damaging the installed equipment. The protective plates may be provided with hatches to allow access to the equipment, or the plates may be fully or partially removable for this purpose.

Når det gjelder silo-enhetens hovedform eller grunnriss er det selvsagt mange muligheter for varierende utformning, men en praktisk hensiktsmessig form kan være et sirkulært grunnriss, som vil være hensiktsmessig for å kunne motstå opptredende ytre trykk mot siloveggene. I denne forbindelse er det klart at siloen ikke nødvendigvis må lages av armert betong, som nevnt ovenfor, men kan f.eks. i likhet med skjørtet også være laget som en stålkonstruksjon. Videre kan siloen på vanlig måte være sammensatt av flere enkeltkammere stående side om side, og eventuelt kan hvert enkelt kammer være utformet med sylindrisk grunnriss. Isåfall kan hvert enkelt kammer være innrettet til å overdekkes med et separat platelignende lokk for beskyttelse som nevnt ovenfor. When it comes to the silo unit's main shape or floor plan, there are of course many possibilities for varying design, but a practically appropriate shape can be a circular floor plan, which will be appropriate to be able to withstand external pressure against the silo walls. In this connection, it is clear that the silo does not necessarily have to be made of reinforced concrete, as mentioned above, but can e.g. like the skirt, also be made as a steel structure. Furthermore, the silo can normally be composed of several individual chambers standing side by side, and optionally each individual chamber can be designed with a cylindrical plan. If so, each individual chamber can be arranged to be covered with a separate plate-like lid for protection as mentioned above.

Særlig med tanke på dyptgående isfjell som eventuelt vil kunne skure ned i sjøbunnen, kan siloen ha en øvre del som ved en noe svekket sammenføyning eller forbindelse normalt er festet på en underliggende hoveddel av siloen, men som ved kraftig sideveis påkjenning, f.eks. fra et isfjell, vil kunne løsne og skyves mer eller mindre til side uten at hoveddelen av siloen med installert utstyr blir nevneverdig berørt. Particularly with regard to deep-seated icebergs that could potentially scour the seabed, the silo can have an upper part which, due to a somewhat weakened joint or connection, is normally attached to an underlying main part of the silo, but which in case of strong lateral stress, e.g. from an iceberg, will be able to detach and be pushed more or less to the side without the main part of the silo with installed equipment being significantly affected.

Den skjematisk viste sugepumpe 21 kan under nedgravingen befinne seg inne i siloen, men det er også en mulighet for at en pumpe eller pumper for utsugingen kan være plassert ombord i et overflatefartøy, eventuelt et undervannsfartøy. Det samme gjelder forøvrig eventuelt pumpeutstyr 25 for spylingen. En spesiell utførelse i forbindelse med oppfinnelsen kan bestå i at særskilt pumpeutstyr 25 for spylingen ikke er anordnet, idet vanninntak for spyledysene 16A-D kan være direkte fra det omgivende sjøvann, og slik at sugevirkningen tilveiebragt av sugepumpeanordningen 21-23 sørger for tilstrekkelig trykkdifferanse til å gi den ønskede spyling. The schematically shown suction pump 21 can be inside the silo during the excavation, but there is also a possibility that a pump or pumps for the suction can be placed on board a surface vessel, possibly an underwater vessel. The same also applies to any pumping equipment 25 for flushing. A special embodiment in connection with the invention may consist in that special pumping equipment 25 for the flushing is not arranged, as the water intake for the flushing nozzles 16A-D can be directly from the surrounding seawater, and so that the suction effect provided by the suction pump device 21-23 ensures a sufficient pressure difference to to provide the desired flush.

Vanligvis vil det være ønskelig med så dyp nedgraving av siloen i sjøbunnen 5 at de øvre kanter 8 av siloveggene 10 kommer til å befinne seg tilnærmet på nivå på sjøbunnen 5. I hvilken grad de øvre silokanter 8 skal plasseres noe under eller eventuelt noe over sjøbunnen 5, avhenger av det som kreves ved den aktuelle installasjon. Usually, it would be desirable to bury the silo in the seabed 5 so deeply that the upper edges 8 of the silo walls 10 will be approximately at the level of the seabed 5. To what extent should the upper silo edges 8 be placed somewhat below or possibly somewhat above the seabed 5, depends on what is required for the particular installation.

Under nedgravingen kan det etter omstendighetene benyttes heise- eller styrekabler fra silo-enheten til et During the excavation, depending on the circumstances, hoisting or control cables can be used from the silo unit to a

overflatefartøy, f.eks. et kranfartøy, men dette anses i de fleste tilfeller ikke å være påkrevet. Dersom et slikt heisearrangement benyttes, kan det i visse situasjoner være gunstig for nedsenkningen i sjøbunnen på intermitterende måte å trekke hele siloen oppad, f.eks. med noen centimeter eller surface vessels, e.g. a crane vessel, but this is not considered to be required in most cases. If such a hoisting arrangement is used, in certain situations it may be beneficial for the immersion in the seabed to intermittently pull the entire silo upwards, e.g. by a few centimeters or

desimeter, bl.a. for å redusere sidefriksjonen mot siloveggene 10, henholdsvis skjørtet 12. Som et alternativ kan slik intermitterende hevning besørges eller assisteres ved å etablere et relativt overtrykk ved reversering av pumpe-virkningen fra pumpen 21. decimeter, i.a. in order to reduce the side friction against the silo walls 10, respectively the skirt 12. As an alternative, such intermittent lifting can be provided or assisted by establishing a relative overpressure when reversing the pumping effect from the pump 21.

Når silo-enheten er kommet på riktig plass kan suge- When the silo unit is in the right place, the suction

i pumpeanordningen 21-23 og annet utstyr plassert i det indre av siloen under nedgravingen fjernes, og mer eller mindre permanent undervannsproduksjonsutstyr e.l. kan anbringes i siloen, f.eks. med sikte på boring av én eller flere brønner in the pumping device 21-23 and other equipment placed in the interior of the silo during the excavation are removed, and more or less permanent underwater production equipment etc. can be placed in the silo, e.g. with a view to drilling one or more wells

fra denne. Åpningen 26 i bunnen 3 av siloen kan for dette from this one. The opening 26 in the bottom 3 of the silo can do this

i formål hensiktsmessig være innrettet til etter nedgraving av siloen å benyttes under slike arbeidsoperasjoner. in purpose be suitably designed to be used during such work operations after the silo is buried.

Claims

1. Prefabricated silo unit intended to be lowered to the seabed and buried in it, particularly for the protection of an underwater installation in connection with oil and gas operations at sea, where the seabed (5) consists of loose masses, extensive flushing devices (16A- D) for fluidization of loose masses and a suction pump device (21,22,23) to remove fluidized loose masses during burying of the silo unit in the seabed, characterized by an integrated construction of the silo unit walls (10) with a permanent bottom (3), and a plate-shaped skirt (12) arranged continuously along the lower side edges of the walls (10) and protruding below the bottom (3), with at least some of the flushing devices (16A-D) being placed in the area (20) within the skirt (12) below the bottom ( 3), and at least one suction pipe (23) from the suction pump device (21) opens into the aforementioned area (20), and is arranged to produce a relative negative pressure in this area (20) during the excavation.

2. Device according to claim 1, characterized by that the one at the upper edges (8) of the walls (10) is essentially open upwards during the burial in the seabed (5).

3. Unit according to claim 1 or 2, characterized in that the plate-shaped skirt (12) has such a thickness and design, e.g. with a knife-like, lower edge, that the skirt will penetrate a bit into relevant loose masses under the influence of the unit's weight alone.

4. Unit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that some of the flushing devices (16A,B,D) are located inside the skirt (12), and that a preferably downward-facing flushing device (16C) is located near the lower edge of the skirt (12) .

5. Unit according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that at least one straw mouth (23) is located centrally in the bottom (3).

6. Unit according to one of claims 1-5, characterized in that at least some of the flushing devices (16A-D) are arranged to work exclusively under the influence of a pressure difference produced by the suction pump device (21).

7. Unit according to one of claims 1-6, characterized in that an opening (26) in the bottom (3) for suction pipes (23) is designed to be used after burial during work operations such as well drilling e.1.