NO20211032A1

NO20211032A1 - Arrangement for innfesting av en flytende vindturbin i en sjøbunn samt anvendelse av et brønnhode til innfesting av flytende vindturbin i sjøbunnen

Info

Publication number: NO20211032A1
Application number: NO20211032A
Authority: NO
Inventors: Trond Haugland
Original assignee: Norocean As
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-08-29
Publication date: 2021-10-12
Also published as: WO2022149982A1

Description

Arrangement for innfesting av en flytende vindturbin i en sjøbunn samt anvendelse av et brønnhode til innfesting av flytende vindturbin i sjøbunnen

Denne oppfinnelsen vedrører et arrangement for innfesting av en flytende vindturbin i minst ett feste anordnet på en sjøbunn, hvor respektive endepartier av minst ett langstrakt festemiddel er fastgjort i et vindturbinskrog og i det minst ene festet anordnet på sjøbunnen. Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av et brønnhode som utgjør eller har utgjort en del av en undersjøisk brønn som feste på en sjøbunn for en flytende vindturbin. Den undersjøiske brønnen kan være etablert for forskjellige formål, typisk for leting og/eller utvinning av hydrokarboner eller andre fluider fra en undergrunnsformasjon eller for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen.

Innfesting av en flytende vindturbin i sjøbunnen krever etablering av et omfattende og kostbart ankersystem som ved sin tyngde og/eller fastgjøring i sjøbunnsmassene er i stand til å holde den flytende vindturbinen i posisjon uavhengig av de kreftene som skiftende tidevann, vind og vannstrømmer påfører vindturbinen. Typisk festes flytende vindturbiner til sjøbunnen via stag eller ankerliner eller kombinasjoner av stag og ankerliner til sugeanker som er satt ned i løsmasser som utgjør sjøbunnen under vindturbinen.

FR2818327 A1 beskriver en maritim vindturbin festet til en struktur som rager opp fra en flytende bøye. Bøyen er tilkoplet et vertikalt langstrakt rør som er fastgjort i et anker på havbunnen og rager opp gjennom bøyen. Bøyen kan rotere og bevege seg vertikalt i forhold til røret. Oppspenningsmidler som er anordnet på bøyen og festet til røret, holder røret vertikalt og utstrakt, slik at en øvre ende av røret holdes over vannet. Oppspenningsmidlene er typisk kabler som holdes oppspent ved hjelp av fjærer. Dessuten kan det være festet ett eller flere oppdriftslegemer til røret.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Undersjøiske brønner for utvinning av hydrokarboner er som regel forsynt med et brønnhode anordnet på sjøbunnen og forsynt med solide innfestinger i massene under sjøbunnen, delvis for å bære vekten av ventiler som utgjør en sentral del av brønnhodet, delvis for å oppta belastningen fra stigerør eller navlestreng som forbinder brønnhodet med en overflateinstallasjon, og eventuelt for å kunne motstå et reservoartrykk som forplantes gjennom brønnrør fra et underliggende produksjonsreservoar til brønnhodet.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et arrangement for innfesting av en flytende vindturbin i en sjøbunn ved å anvende ett eller flere brønnhoder eller den underliggende strukturen som innfestingspunkt i eller under sjøbunnen for stag eller festeline(r) som strekker seg nedover fra en flytende vindturbins skrog. Vindturbinens skrog, som ved sin positive oppdrift flyter i vannmassen, kan ha en hvilken som helst form. Det er særlig fordelaktig å anvende brønnhoder på brønner som er oppgitt og plugget, i og med at en da unngår mulige interessekonflikter mellom sikkerhet ved produksjon fra brønnen og kravene til oppankringssystemet for vindturbinen. Arrangementet er fortrinnsvis tilveiebrakt som et strekkstagsarrangement, dvs. et arrangement hvor vindturbinens skrog blir ballastert før det festes i sjøbunnen, og at i det minste deler av ballasten deretter fjernes slik at nevnte stag eller festeline(r) blir stående med strekkbelastning og vindturbinens skrog holdes i jevn avstand fra sjøbunnen uten vertikalbevegelse tilveiebrakt av tidevann, bølger, m.m.

I og med at omkostningene vedrørende etablering av brønnhodet allerede er tatt, vil installeringsomkostningene for vindturbinen kunne reduseres betydelig.

Siden etablerte felt for utvinning av hydrokarboner eller andre stoffer fra undersjøiske felt allerede legger begrensninger for annen virksomhet, for eksempel fiske, vil etablering av vindturbiner i et slikt område føre til få eller ingen ytterligere begrensninger for annen virksomhet.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen er at områder med virksomhet som omfatter etablering av brønnhoder som egner seg til innfesting av flytende vindturbiner, ofte omfatter forbrukere av elektrisk energi, og det er dermed allerede etablert infrastrukturer for distribusjon av elektrisk energi i området, og i mange tilfeller også kabelforbindelse til nærliggende landområders energidistribusjonsnett.

Dessuten vil anvendelse av eksisterende brønnhoder til innfesting av flytende vindturbiner kunne gjøre det enklere å elektrifisere felt til havs for produksjon av hydrokarboner, etc. ved hjelp av vindturbiner, siden slik innfesting ikke betinger etablering av omfattende strukturer som kan komme i konflikt med eksisterende, undersjøiske infrastrukturer etablert for produksjon av hydrokarboner m.m.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige patentkravene. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt et arrangement for innfesting av en flytende vindturbin i minst ett feste anordnet på en sjøbunn, hvor respektive endepartier av minst ett langstrakt festemiddel er fastgjort i et vindturbinskrog og i det minst ene festet anordnet på eller under sjøbunnen og er et undersjøisk brønnparti som utgjør eller har utgjort en del av en undersjøisk brønn for leting og/eller utvinning av hydrokarboner eller andre fluider fra en undergrunnsformasjon eller for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen, kjennetegnet ved at arrangementet for innfesting av den flytende vindturbinen i det minst ene festet er et strekkstagarrangement.

Det minst ene langstrakte festemiddelet kan være ei festeline. Alternativt kan det minst ene langstrakte festemiddelet være et i det vesentlige vridningsstivt festestag. Det i det vesentlige vridningsstive festestaget kan i hvert av sine endepartier være forsynt med et ledd som tillater festestagets lengdeakseretning å avvike fra vindturbinskrogets og brønnhodets lengdeakseretninger uten at vindturbinskroget dreier om sin egen lengdeakse. En effekt av dette er at ulike typer langstrakte festemidler kan benyttes i samsvar med det prosjekteringsgrunnlaget krever eller tillater.

Det minst ene langstrakte festemiddelet kan være fastgjort direkte i et brønnhode. Alternativt kan det minst ene langstrakte festemiddelet være fastgjort i ei festeramme som er sammenkoplet med brønnhodet. En effekt av dette er at vindturbinen kan fastgjøres i eksisterende, lett tilgjengelige elementer.

Den flytende vindturbinen kan være fastgjort i en sammenstilling av flere brønnhoder anordnet i avstand fra hverandre på sjøbunnen. En effekt av dette er at tilstrekkelig stabilitet kan oppnås også når brønnhodenes evne til å ta opp last hver for seg er for liten til å tåle belastningen fra vindturbinen.

Det minst ene langstrakte festemiddelet kan være fastgjort i en struktur som strekker seg nedover fra sjøbunnen under et brønnhode. Alternativt kan det minst ene langstrakte festemiddelet være fastgjort i et fôret eller ufôret parti av et borehull som strekker seg nedover i en bergstruktur under et brønnhode. En effekt av dette er at tilstrekkelig stabilitet kan oppnås også når selve brønnhodets evne til å ta opp last er for liten til å tåle belastningen fra vindturbinen.

Det minst ene langstrakte festemiddelet kan være forsynt med en dempeanordning innrettet til å oppta en vertikal lastkomponent påført det minst ene langstrakte festemiddelet ved en hivbevegelse i den flytende vindturbinen. En effekt av dette er at påkjenningene både på vindturbinen og på arrangementet for innfesting av vindturbinen av bølger m.m.,

reduseres

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt anvendelse av et undersjøisk brønnparti som utgjør eller har utgjort en del av en undersjøisk brønn for leting og/eller utvinning av hydrokarboner eller andre fluider fra en undergrunnsformasjon eller for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen, som feste for en flytende vindturbin, idet et arrangement for innfesting av den flytende vindturbinen i det undersjøiske brønnpartiet er et strekkstagarrangement.

Vindturbinen kan være fastgjort til brønnpartiet med minst ett langstrakt festemiddel i form av ei festeline. Alternativt kan vindturbinen være fastgjort til brønnpartiet med minst ett langstrakt festemiddel i form av et i det vesentlige vridningsstivt festestag. Det i det vesentlige vridningsstive festestaget kan i hvert av sine endepartier være forsynt med et ledd som tillater festestagets lengdeakseretning å avvike fra vindturbinskrogets og brønnhodets lengdeakseretninger uten at vindturbinskroget dreier om sin egen lengdeakse. En effekt av dette er at ulike typer langstrakte festemidler kan benyttes i samsvar med det prosjekteringsgrunnlaget krever eller tillater.

Det minst ene langstrakte festemiddelet kan være fastgjort direkte i brønnhodet. Alternativt kan det minst ene langstrakte festemiddelet være fastgjort i ei festeramme som er sammenkoplet med brønnhodet. En effekt av dette er at vindturbinen kan fastgjøres i eksisterende, lett tilgjengelige elementer.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser i sideriss ei prinsippskisse av en vindturbin med et skrog flytende i en vannmasse, fastgjort i et brønnhode i en sjøbunn ved hjelp av to festeliner;

Fig. 2 viser tilsvarende figur 1, hvor vindturbinens skrog er fastgjort i brønnhodet med flere parallelle festeliner;

Fig. 3 viser tilsvarende figur 1, hvor vindturbinens skrog er fastgjort i brønnhodet med et dreiestivt stag koplet til bunnen av vindturbinens skrog og til brønnhodet ved hjelp av universalledd;

Fig. 4 viser tilsvarende figur 1, hvor vindturbinens skrog er festet til flere brønnhoder, idet ei festeline strekker seg fra et respektivt brønnhode og opp til et feste på vindturbinens sideflate; og

Fig. 5 viser tilsvarende figur 1, hvor et stag er festet til en struktur som strekker seg ned under brønnhodet.

På tegningene angir henvisningstallet 1 en vindturbin som omfatter et vindturbinskrog 11 hvor et det fra et oppdriftslegeme 111 som er flytbart i en vannmasse 3, rager et tårn 112 opp over en vannoverflate 31. I tårnets 112 øvre ende er det på i og for seg kjent vis anordnet et turbinhus 12 med en turbinrotor 13 forsynt med flere rotorblader 131.

Vindturbinen 1 flyter i vannmassen 3 i en avstand over en sjøbunn 32 hvor det er anordnet minst ett feste i form av et brønnhode 2a som med sin form og størrelse er egnet til å oppta både horisontale og vertikale krefter, idet brønnhodet 2a utgjør en del av en produksjonseller letebrønn 2 for hydrokarboner eller andre fluider som strømmer opp fra et reservoar i en undergrunnsformasjon (ikke vist), eventuelt en brønn for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen, eller brønnhodet 2a er etterlatt på sjøbunnen 32 etter at nevnte brønn 2 er oppgitt og stengt ved plugging. På figurene er brønnhodet/brønnhodene 2a vist skjematisk ragende nedover i en sjøbunnsmasse 4 under sjøbunnen 32.

Det henvises så til figur 1, hvor vindturbinen 1 er festet til ett brønnhode 2a ved hjelp av flere langstrakte festemidler i form av festeliner 14 som strekker seg mellom vindturbinskroget 11, i dette utførelseseksempelet underkant av oppdriftslegemet 111, og brønnhodet 2a.

Det henvises så til utførelseseksempelet i figur 2, hvor flere festeliner 14 strekker seg parallelt med hverandre mellom vindturbinskroget 11 og det ene brønnhodet 2a.

I utførelseseksempelet ifølge figur 3 er vindturbinskroget 11 festet til det ene brønnhodet 2a ved hjelp av et langstrakt festemiddel i form av et i det vesentlige vridningsstivt festestag 15. Festestaget 15 er i begge sine endepartier forsynt med ledd 151 som tillater festestagets 15 lengdeakseretning å avvike fra vindturbinskrogets 11 og brønnhodets 2a lengdeakseretninger uten at vindturbinskroget 11 kan dreie om sin egen lengdeakse, typisk ved at leddene 151 er tildannet som universalledd eller lignende leddtyper egnet til å overføre dreiemoment omkring lengdeaksene til de sammenkoplede elementene 11, 15; 15, 2a.

Det henvises så til figur 4 som viser et utførelseseksempel hvor vindturbinen 1 er festet til flere brønnhoder 2a med ei eller flere festeliner 14 som strekker seg mellom hver av brønnhodene 2a og vindturbinskroget 11.

Figur 5 viser et utførelseseksempel hvor det langstrakte festemiddelet 14, 15 er fastgjort nede i en struktur 2b som strekker seg nedover fra sjøbunnen 32 under brønnhodet 2a, for eksempel i et fôret eller ufôret parti av et borehull som strekker seg nedover i undergrunnen, fortrinnsvis nedover i en bergstruktur 2c under løsmassen 4 som vanligvis tildanner sjøbunnen 32.

Innfestingen av festelinene 14/festestaget 15 i brønnhodet 2a kan gjøres direkte i eksisterende elementer på brønnhodet 2a, slik det er vist prinsipielt på figurene 1 og 4, eller de kan festes til elementer som er tilveiebrakt spesielt for formålet og sammenkoplet med brønnhodet 2a, på figur 2 eksemplifisert som ei linefesteramme 21 og på figur 3 som ei stagfesteramme 21a. Tilsvarende kan festelinene 14/festestaget 15 festes direkte i vindturbinskroget 11, slik det er vist prinsipielt på figurene 1 og 3, eller de(t) kan festes til elementer som er tilveiebrakt spesielt for formålet og sammenkoplet med vindturbinskroget 11, på figurene 2 og 4 eksemplifisert som linefester 111a, her anordnet på oppdriftslegemets 111 nedre ende, henholdsvis på oppdriftslegemets 111 periferi omtrent midt mellom oppdriftslegemets 111 øvre og nedre ender.

Det ligger innenfor oppfinnelsens ramme å kombinere ett eller flere av de ulike utførelseseksemplenes prinsipper for innfesting av den flytende vindturbinen 1 i sjøbunnen 32.

I en foretrukket utførelse er vindturbinen 1 tildannet som et strekkstagsarrangement, dvs. et arrangement hvor vindturbinskroget 11 blir tilført en ballast 111b før vindturbinskroget 11 festes i brønnhodet 2a eller den underliggende strukturen 2b, og at i det minste deler av ballasten 111b deretter fjernes slik at nevnte festeline(r) 14 eller stag 15 blir stående med strekkbelastning og vindturbinskroget 11 holdes i jevn avstand fra sjøbunnen 32 uten vertikalbevegelse tilveiebrakt av tidevann, bølger, m.m.

Strekkstagarrangementet kan eventuelt være forsynt med én eller flere dempeanordninger 16 anordnet i tilknytning til nevnte festeline(r) 14 eller stag 15, på figur 5 vist skjematisk anordnet mellom vindturbinskroget 11 og staget 15. Nevnte dempeanordning(er) 16 er innrettet til å oppta en vertikal lastkomponent påført det/de tilknyttede festeline(r) 14 eller stag 15 når den flytende vindturbinen 1 påføres hivbevegelser pga. bølger, m.m.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former, ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims

Patentkrav

1. Arrangement for innfesting av en flytende vindturbin (1) i minst ett feste (2a, 2b) anordnet på eller under en sjøbunn (32), hvor respektive endepartier av minst ett langstrakt festemiddel (14, 15) er fastgjort i et vindturbinskrog (11) og i det minst ene festet (2a, 2b) anordnet på eller under sjøbunnen (32) og er et undersjøisk brønnparti som utgjør eller har utgjort en del av en undersjøisk brønn for leting og/eller utvinning av hydrokarboner eller andre fluider fra en undergrunnsformasjon eller for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen, k a r a k t e r i s e r t v e d at arrangementet for innfesting av den flytende vindturbinen (1) i det minst ene festet (2a, 2b) er et strekkstagarrangement.

2. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet er ei festeline (14).

3. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet er et i det vesentlige vridningsstivt festestag (15).

4. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet er et i det vesentlige vridningsstivt festestag (15) som i hvert av sine endepartier er forsynt med et ledd (151) som tillater festestagets (15) lengdeakseretning å avvike fra vindturbinskrogets (11) og brønnpartiets (2a, 2b) lengdeakseretninger uten at vindturbinskroget (11) dreier om sin egen lengdeakse.

5. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort direkte i et brønnhode (2a).

6. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i ei festeramme (21, 21a) som er sammenkoplet med et brønnhode (2a).

7. Arrangement ifølge krav 1, hvor den flytende vindturbinen (1) er fastgjort i en sammenstilling av flere brønnhoder (2a) anordnet i avstand fra hverandre på sjøbunnen (32).

8. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i en struktur (2b) som strekker seg nedover fra sjøbunnen (32) under et brønnhode (2a).

9. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i et fôret eller ufôret parti (2b) av et borehull som strekker seg nedover i en bergstruktur (2c) under et brønnhode (2a).

10. Arrangement ifølge krav 1, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er forsynt med en dempeanordning (16) innrettet til å oppta en vertikal lastkomponent påført det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) ved en hivbevegelse i den flytende vindturbinen (1).

11. Anvendelse av et undersjøisk brønnparti (2a, 2b) som utgjør eller har utgjort en del av en undersjøisk brønn for leting og/eller utvinning av hydrokarboner eller andre fluider fra en undergrunnsformasjon eller for injisering av fluid i undergrunnsformasjonen, som feste for en flytende vindturbin (1), idet et arrangement for innfesting av den flytende vindturbinen (1) i det undersjøiske brønnpartiet (2a, 2b) er et strekkstagarrangement.

12. Anvendelse ifølge krav 11, hvor vindturbinen (1) er fastgjort til brønnpartiet (2a, 2b) med minst ett langstrakt festemiddel (14, 15) i form av ei festeline (14).

13. Anvendelse ifølge krav 11, hvor vindturbinen (1) er fastgjort til brønnpartiet (2a, 2b) med minst ett langstrakt festemiddel (14, 15) i form av et i det vesentlige vridningsstivt festestag (15).

14. Anvendelse ifølge krav 13, hvor det i det vesentlige vridningsstive festestaget (15) er i hvert av sine endepartier forsynt med et ledd (151) som tillater festestagets (15) lengdeakseretning å avvike fra vindturbinskrogets (11) og brønnpartiets (2a, 2b) lengdeakseretninger uten at vindturbinskroget (11) dreier om sin egen lengdeakse.

15. Anvendelse ifølge krav 12 eller 13, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort direkte i brønnpartiet (2a, 2b).

16. Anvendelse ifølge krav 12 eller 13, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i ei festeramme (21, 21a) som er sammenkoplet med brønnpartiet (2a, 2b).

17. Anvendelse ifølge krav 12 eller 13, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i en struktur (2b) som strekker seg nedover fra sjøbunnen (32) under et brønnhode (2a).

18. Anvendelse ifølge krav 12 eller 13, hvor det minst ene langstrakte festemiddelet (14, 15) er fastgjort i et fôret eller ufôret parti (2b) av et borehull som strekker seg nedover i en bergstruktur (2c) under et brønnhode (2a).