NO20131318A1 - Selvnedgravende fundamentinnretning - Google Patents

Description

Selvnedgravende fundamentinnretning

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder en selv-nedgravende fundamentinnretning som er konstruert til å senke seg selv inn i havbunnen ved å fjerne masse fra havbunnen. Fundamentinnretningen tjener som fundament for undervannsapparater som opererer på havbunnen, slik som utstyr brukt i undersjøiske prosesser, inkludert men ikke begrenset til utstyr som brukes i undersjøisk gass- og oljeproduksjon.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk

Utstyr som brukes i undersjøiske prosesser, slik som pumper, kompressorer, kraftenheter, transformatorer osv., er ofte tunge strukturer med svære dimensjoner som krever tilsvarende dimensjonerte fundamenter for å bære utstyret på havbunnen. Fordi havbunnen ikke alltid tilbyr et fast grunnlag for å bære fundamentstrukturer basert på tyngdekraften, kan det kreves fortøyningsinnretninger for å forankre fundamentstrukturen og utstyret som hviler på denne.

Selvnedgravende forankringsinnretninger er kjent fra tidligere. Blant disse er forankringsinnretningen som er beskrevet i US

Patent No. 4,086,866. Dette dokumentet beskriver et dypnedgravingsanker som i sin vanlige form har en i hovedsak sylindrisk form og inkluderer en sentralt plassert sugepassasje og et fluidiserende vannutløp plassert i området nær den nedre åpne enden av sugepassasjen. Dette ankeret senker seg selv ned i havbunnen ved å flytte masse fra havbunnen under ankeret til ovenfor ankeret, slik at det etter hvert begraver seg selv en mengde sand, grus eller mudder. Ankringsinnretningen i US 4,086,866 tjener for eksempel til å fortøye overflatebeholdere.

US 6,371,003 beskriver en havbunninstallasjon i form av en selvnedgravende container. Containeren har et antall passasjer som strekker seg langsetter containeren. En impeller i nedre ende av containeren kan brukes til å trekke vann gjennom minst én av passasjene for å danne en velling med havbunnmassen og for å tømme boreslammet i det omgivende sjøvannet i en øvre ende av containeren via en annen av passasjene. Containeren har indre og ytre passasjer innrettet konsentrisk om containeren, og impelleren har et blad som strekker seg over både indre og ytre passasjer. Bladet has en første del skråstilt til å trekke vann ned én av passasjene og en andre andel skråstilt til å sende boreslam opp den andre passasjen.

Innretningen av US 6,371,003 er ment primært å føre nyttelast med moderate dimensjoner og vekt, slik som innretninger for kommunikasjon og systemer for signaloverføring. Imidlertid vil impeller, impellermotor og kraftenhet alle forbli nedgravd så lenge containeren ikke blir tatt opp, noe som forvandler denne løsningen til et kostbart og utenkelig alternative for fullskalautføreIser.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Et generelt mål med foreliggende oppfinnelse er å finne et enkelt og mindre kostbart alternativ til tyngdekraftbaserte fundamentstrukturer som vanligvis brukes for installasjon av undervannsapparater på havbunnen.

Et annet mål med foreliggende oppfinnelse er spesielt å skaffe en fundamentinnretning som er konfigurert for å bære et undervannsapparat i en løs eller mudderaktig havbunn.

Disse og andre mål blir oppnådd ved en selvnedgravende fundamentinnretning som er innrettet til å senke seg selv inn i havbunnen ved å fjerne masse i havbunnen, idet en trykkilde nyttes til å danne undertrykk som fører til transport av havbunnmasse via minst én passasje som står i forbindelse med sugekamre som munner ut i en grave-ende som under drift åpner mot havbunnen, idet sugekamrene er skilt med overløp med nedre kant definerer munningen på et antall sugekamre som ligger på rekke etter hverandre.

I én utførelse ser man for seg at hvert radielle indre overløp strekker seg videre i grave-enden enn det inntilliggende ytre overløpet, der overløpet med nedre kant utgjør en avtrappet, pyramideformet eller konisk grave-ende mot

fundamentinnretningen.

Fundamentinnretningen utgjør et grunnlag for et undervannsapparat som for eksempel en undersjøisk pumpe eller kompressor, en kjøler, en separator, en undersjøisk kraftenhet, eller prosessreguleringsutstyr og tilbehør osv. For flere av disse bruksområdene vil undervannsapparatet trenge beskyttelse fra omgivende sjøvann og blir av denne årsak ofte montert i en trykksatt eller trykkompensert container eller beholder. I slike tilfeller blir fundamentinnretningen utformet for å legge container med innhold ned i havbunnen. På denne måten kan undervannsapparater, dersom det passer, bli senket ned i slammet til en maksimal dybde som bare gjør toppen av apparatet og et servicegrensesnitt tilgjenglig over slamnivået.

I én utførelse har fundamentinnretningen et beskyttelsesskall om undervannsapparatet som skal legges inn i havbunnen sammen med fundamentinnretningen. Skallet omfatter en sylindrisk vegg som strekker seg fra grave-enden til en øvre ende av fundamentinnretningen, idet skallet definerer den ytre omkretsen av fundamentinnretningen. Skallet kan ha en sirkulær eller ikke-sirkulær sylindrisk vegg.

Skallet er fortrinnsvis overdimensjonert slik at det dannes et mellomrom mellom skallet og undervannsapparatet som er plassert i skallet. Passasjene for transport av havbunnmasse løper langsetter i mellomrommet. Den ene eller de flere passasjene løper altså nær utsiden av fundamentinnretningen, fra sugekamrene i grave-enden og langs lengden av skallveggen til den motsatte, over enden av fundamentinnretningen.

I én utførelse er transportstrømmene av havbunnmasse i passasjene innrettet slik at de passerer via en styreinnretning før de blir samlet til en enkelt strøm som går til en pumpe som genererer det nødvendige undertrykket/sugevirkningen. For dette formålet kan en trykksensor og en reguleringsventil være installert i passasjene på et sted oppstrøms for et oppsamlerrør som samler flere strømmer av havbunnmateriale til én enkeltstrøm. Trykksensorer, reguleringsventiler, oppsamlerrør og valgfritt også pumpen, kan være samlet til én reguleringsinnretning. Denne sammenstillingen blir fortrinnsvis plassert ved den øvre enden av fundamentinnretningen, og kan være fastgjort til kanten av skallveggen.

Overvåking og regulering med sikte på en noenlunde vertikal nedgraving av fundamentinnretningen kan på denne måten oppnås ved hjelp av trykkfølere som er innrettet til å overvåke driftstrykket/sugevirkningen i hver passasje og hvert sugekammer individuelt, eller samlet i et antall distribuerte sugekamre. For samme formål med styring og eventuell justering av nedgravingsretningen kan reguleringsventiler være innrettet til å regulere driftstrykket/sugeeffekten individuelt i hver passasje og hvert sugekammer, eller samlet i et antall distribuerte sugekamre.

I én utførelse er vannjetdyser installert i grave-enden av fundamentinnretningen. Vannjetdysene tjener til avløp av vann for å frigjøre grovere materiale og for å fluidisere finere partikler i munningene på sugekamrene. Vann blir tilført vannjetdysene via et hovedvannrør og et fordelerrør som har grenrør som tillater vannjetdysene å nå munningsområdet på sugekamrene. Om ønskelig kan hvert sugekammer på denne måten være utstyrt med en separat vannjetdyse som sørger for blanding av vann og havbunnmasse til et boreslam som kan suges opp av sugekammeret for videre transport via den tilknyttede passasjen. Vannet kan være sjøvann som er satt under trykk ved hjelp av en pumpe som mater hovedvannrøret. Pumpen kan være fastgjort i kanten av skallet og kan utgjøre en del av driftsinnretningen.

Alternativt kan vannjetdysene få tilførsel via separate materør fra en manifoldinnretning plassert ved siden av pumpeavløpet, slik at det er mulighet for individuell spyling av hvert sugekammer.

Vannjetdyser kan i tillegg være innrettet til å munne ut på utsiden av sylinderveggen som utgjør beskyttelsesskallet. De eksterne vannjettene tjener til å sende ut vann som gir smøring ved å danne et lag av vann eller boreslam mellom skallet og den omgivende havbunnen, og derved redusere friksjonen idet fundamentinnretningen blir senket i havbunnen. Multiple vannjetdyser er for dette formålet innrettet fordelt om utsiden av skallet, med dysene rettet for å sende vannstråler i hovedsak oppover i lengderetningen og langsetter skallveggen. De eksterne vannjetdysene kan være innrettet i rekker som omslutter skallet på mer enn ett vertikalt nivå. De eksterne vannjetdysene kan få tilført vann via et hovedvannrør og fordelerrør som løper på innsiden av skallveggen. De eksterne vannjetdysene kan bli forsynt fra en separat pumpe eller fra den pumpen som forsyner de fluidiserende vannjetdysene i grave-enden av fundamentinnretningen.

Disse og andre sider ved oppfinnelsen vil bli nærmere forklart nedenfor.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Utførelser av oppfinnelsen vil bli nærmere gjennomgått nedenfor med henvisning til de vedlagte skjematiske tegningsfigurene. Tegningsfigurene viser følgende: Figur 1 er et sideriss som illustrerer en fundamentinnretning nedgravd i havbunnen sammen med et undervannsapparat i form av en container, Figur 2 er et bunnriss som illustrerer grave-enden av fundamentinnretningen, Figur 3 er et bunnriss som illustrerer grave-enden på en alternativ konfigurering av fundamentinnretningen, og Figur 4 er et delvis gjennomskåret sideriss som illustrerer grave-enden av fundamentinnretningen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Figur 1 illustrerer en fundamentinnretning 1 som blir gravd ned i havbunnen slik at mesteparten av fundamentinnretningen blir plassert nedenfor slamlinjen 2 som definerer havbunnen.

Fundamentinnretningen omfatter et skall 3 i form av en sylindrisk vegg som strekker seg fra en grave-ende 4 til en åpen øvre ende 5. Skallet 3 kan ha sirkulært tverrsnitt som illustrert på figur 2, ikke-sirkulært tverrsnitt, eller polygonformet tverrsnitt som illustrert på figur 3. Skallet 3 definerer omkretsen av fundamentinnretningen 1 og tjener til fundament og beskyttelse av et undervannsapparat 6 som kan monteres i skallet og føres inn via den åpne øvre enden 5 av skallet. En radiell monteringsflens 7 fastgjort på kanten av sylinderveggen i øvre ende av skallet gir monteringsfeste for undervannsapparatet 6, her i form av en container som er montert hengende fra monteringsflens 7. Monteringsflensen 7 tjener også til feste for en driftsstyreinnretning, på figur 1 vist med referansenummer 8.

Driftsstyreinnretningen 8 omfatter trykksensorer 9 og reguleringsventiler 10 som tjener til å utføre

undertrykk/suging som blir generert av en pumpe 11. På denne måten blir suging utført på grave-enden 4 via én eller flere passasjer 12 for å få en strøm av havbunnmasse som blir sugd inn (I) i grave-enden for transport via passasjene 12 til den blir avgitt (D) til sjøen fra trykksiden av pumpen. Hver passasje 12 kan ha sitt eget sett med trykksensorer og reguleringsventiler installert oppstrøms for et oppsamlerrør 13 som kombinerer enkeltstrømmer av havbunnmasse i separate passasjer 12 til én enkelt strøm som går til pumpen 11.

Suging blir fordelt via passasje(ne) 12 til multiple sugekamre 14 som har åpning mot grave-enden 4. Sugekamrene 14 er definert ved overløpet 15 som løper i aksiell retning mot grave-enden, der tilsvarende nedre kanter 16 av overløpet definerer munningene eller åpningene mot sugekamrene. Sugekamrene er altså atskilt bare med overløpet 15. På denne måten oppnås en fullstendig distribuert suging, i hovedsak med fullt tverrsnitt, som virker på havbunnmassen fra de multiple sugekamrene, der disse ligger tett sammen i grave-enden av fundamentinnretningen.

I retning mot grave-enden er overløpene 15 forlenget forbi skallet 3 på en slik måte at hvert radielle indre overløp strekker seg videre i aksiell retning av fundamentinnretningen enn de inntilliggende radielle ytre overløpene, slik at overløp 15 danner ved nedre kant 16 en avtrappet, pyramidisk eller konisk grave-ende av fundamentinnretningen.

Bunnskissen på figur 2 illustrerer en utførelse der overløpet 15 er utført som sirkulære sylindere som definerer ringformede munninger på sugekamrene 14 som er innrettet i rekkekonfigurasjon og i konsentrisk forhold om senteret C på en fundamentinnretning som har en sirkulær seksjon. På figur 2 viser referansenummer 12 til munningene på et antall passasjer som tillater transport av havbunnmasse vekk fra sugekamrene med ringform.

Bunnskissen på figur 3 illustrerer en utførelse der overløpet 15 er rette plater innrettet i rette vinkler og danner rader og kolonner av rektangulære sugekamre innrettet i rekkekonfigurasjon i en fundamentinnretning med rektangulær form. Igjen viser referansenummer 12 til multiple munninger på passasjer som tillater transport av havbunnmasse vekk fra sugekamrene.

Med henvisning til figur 1 igjen skal det forklares at passasjene 12 løper langsetter fra grave-enden til øvre ende, nær omkretsen av fundamentinnretningen og nær til skallveggen. Mer nøyaktig er de vertikalt oppstigende passasjene 12 plassert i et rom eller gap som er dannet ved en liten overdimensjonering av diameteren på skallet i forhold til undervannsapparatet som er plassert inne i skallet. Selv om bare fire passasjer er vist på figur 1, presiseres det at et antall sugekamre og passasjer kan kreve distribusjon av passasjer 12 langsetter en stor del av den indre omkretsen, eller til og med rundt hele den indre omkretsen av skallet 3.

Fundamentinnretningen 1 har en lengde eller vertikal høyde som er tilpasset undervannsapparatet, slik at det finnes et rom også under undervannsapparatet. Dette rommet er fylt med horisontale passasjegrener 17 som forlenger de vertikalt stigende passasjene 12 til de sugekamrene som er plassert innenfor den ytre raden eller ringen av sugekamre som befinner seg nær omkretsen av grave-enden 4.

Utførelsen på figur 1 omfatter videre en pumpe 18 som tjener til å føre sjøvann til et flertall av vannjetdyser 19 som er innrettet til å åpne på utsiden av skallet 3. Vannet blir tilført via et hovedvannrør 20 og avgreninger 21 som omkranser fundamentinnretningen på innsiden av skallet. De eksterne vannjetdysene 19 er orientert slik at de retter vannstrømmer oppover, i hovedsak langsetter skallet, og danner som tidligere nevnt et lag av vann og boreslam som bidrar til å senke fundamentinnretningen og dens innhold ned i havbunnen.

Med henvisning til tegningsfiguren 4, vil det her bli beskrevet en vannjetdyse-innretning for fluidisering av havbunnmassen i grave-enden. I den viste utførelsen blir sjøvann ført til dyser 22 via et hovedvannrør 23 og fordelerrør 24 (tegningsfiguren viser kun ett av disse). Grenrør 25 som ender noenlunde i plan med de nedre kantene 16 av overløpet 15, forlenger vannjetdysene 22 til munningsområdet for sugekamrene. Fordelerrør 24 kan være innrettet til å passere gjennom overløpet 15 for å forlenge tilførselen av vann til de vannjetdysene som er innrettet i radielt indre sugekamre 14, som illustrert. På denne måten kan en installere vannjetdyser i enkelte eller i alle sugekamre.

Alternativt kan vannjetdysene få tilførsel via separate materør fra en mani foldinnretning plassert inntil pumpeavløpet, slik at det kan sendes jets individuelt fra hvert sugekammer.

I en alternativ utførelse blir installasjon av fluidiserende vannjetdyser begrenset til dyser plassert i de radielt ytterste sugekamrene, nær omkretsen, slik at disse perifere dysene er orientert til å rette deres vannstråler i vinkel innover mot et punkt nedenfor munningen av det sentralt plasserte sugekammeret.

De fluidiserende vannjetdysene kan få tilførsel fra en separat pumpe eller fra den samme pumpen 18 som forsyner de eksterne vannjetdysene. I begge tilfeller kan pumpen eller pumpene være montert på monterings flensen 7, og kan utgjøre en del av driftsinnretningen 8. Dersom det passer kan driftsinnretningen 8 alternativt være forsynt med et koblingsgrensesnitt for en løsbar forbindelse med pumpen eller pumpene, en forbindelse som så kan gjenopprettes etter bruk.

Det presiseres at fundamentinnretningen ikke er begrenset til bruk i forbindelse med container-formet nyttelast. Skallet 3 utgjør i seg selv en container som kan modifiseres til en trykkbeholder der undervannsutstyr kan installeres i en trykksatt eller trykkompensert omgivelse.

Det er også mulig å bruke fundamentinnretningen som en selvnedgravende utvidelse av et undervannsapparat, som i så fall vil være koblet i øvre eller bakre ende av den selvnedgravende fundamentinnretningen.

En annen modifikasjon ser for seg bruk av et koblingsgrensesnitt som gjør at driftsinnretningen 8, som omfatter sensorer, ventiler, pumper osv., kan bli frakoblet og flyttet til en annen fundamentinnretning mens bare passive strukturelle komponenter forblir nedgravd i havbunnen.

Enda en annen modifikasjon ser for seg at den ene eller de flere passasjene alternativt kan være koblet til et fordelerrør plassert i nedre ende av fundamentinnretningen, sammen med passende ventiler og trykksensorer.

På grunnlag av informasjonen som her er presentert, vil disse og andre åpenbare modifikasjoner være mulig uten å avvike fra grunnideen ved oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte patentkravene.

Claims (15)

1. Selvnedgravende fundamentinnretning innrettet til å grave seg ned i havbunnen ved å fjerne havbunnmasse,karakterisertved at en trykkilde kan nyttes til å gi sugeeffekt for å utføre transport av havbunnmasse via minst én passasje (12) som kommuniserer med sugekamre (14) som munner ut i en grave-ende (4) rettet mot havbunnen, idet sugekamrene (14) er skilt med overløp (15), der de nedre kantene (16) av disse, definerer munningen av et antall sugekamre side om side i en rekkekonfigurasj on.

2. Fundamentinnretning i henhold til krav 1, idet overløpet (15) er sirkulære sylindere som er innrettet rundt en felles akse (C), og som definerer ringformede munninger på konsentrisk innrettede sugekamre.

3. Fundamentinnretning i henhold til krav 1 eller 2, idet hvert radielt indre overløp (15) strekker seg lengre enn det inntilliggende radielt ytre overløp (15), idet overløpene danner med sine nedre kanter (16) en trinnvis, pyramidal eller konisk grave-ende.

4. Fundamentinnretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet den ytre omkretsen av fundamentinnretningen er definert av veggen på et skall (3) som strekker seg fra grave-enden (4) til en øvre ende (5) av fundamentinnretningen.

5. Fundamentinnretning i henhold til krav 4, idet én eller flere passasjer (12) løper nær omkretsen av fundamentinnretningen, fra sugekamrene (14) i grave-enden (4) langsetter skallveggen (3) til den motsatte, øvre enden (5) av fundamentinnretningen.

6. Fundamentinnretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet strømmene av havbunnmasse i multiple passasjer (12) er innrettet til å passere via en driftsstyreinnretning (8) plassert ved øvre ende av fundamentinnretningen.

7. Fundamentinnretning i henhold til krav 6, idet trykksensorer (9) og reguleringsventiler (10) er installert i passasjene (12) i en posisjon oppstrøms for et oppsamlerrør (13) som kombinerer de multiple strømmene av havbunnmasse til en enkelt strøm.

8. Fundamentinnretning i henhold til krav 7, idet trykksensorer (9) er innrettet til å overvåke driftstrykket i hver passasje (12) og hvert sugekammer (14) individuelt.

9. Fundamentinnretning i henhold til krav 7 eller 8, idet at reguleringsventiler (10) er innrettet til å regulere driftstrykket i hver passasje (12) og hvert sugekammer (14) individuelt.

10. Fundamentinnretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet at vannjetdyser (22) er installert i grave-enden.

11. Fundamentinnretning i henhold til krav 10, idet vann blir tilført vannjetdysene (22) via et hovedvannrør (23) og et fordelerrør (24) som har grenrør (25) som forlenger vannjetdysene til munningsområdet av sugekamrene.

12. Fundamentinnretning i henhold til krav 10, idet vannjetdyse(ne) (22) blir forsynt fra en separat vanntilførsel fra en fordeler ved pumpeavløpet, utstyrt med ventiler som tillater individuell spyling av sugekamre.

13. Fundamentinnretning i henhold til hvilket som helst av kravene 10-12, idet hvert sugekammer er utstyrt med en separat vannj etdyse.

14. Fundamentinnretning i henhold til hvilket som helst av kravene 4-13, idet multiple vannjetdyser (19) er distribuert rundt utsiden av skallet (3), og de utvendige dysene rettet for å sende vannstråler i hovedsak oppover i lengderetningen av skallveggen.

15. Fundamentinnretning i henhold til krav 14, idet eksterne vannjetdyser (19) er innrettet i rader som omslutter skallet (3) på mer enn ett vertikalt nivå.