NO308517B1

NO308517B1 - Semi-submersible platform with porous pontoons

Info

Publication number: NO308517B1
Application number: NO923155A
Authority: NO
Inventors: Bernard Molin
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 2000-09-25
Also published as: BR9106221A; GB2257664A; GB2257664B; GB9217049D0; NO923155L; WO1992010398A1; FR2670459A1; FR2670459B1; NO923155D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en halvt nedsenkbar plattform som The present invention relates to a semi-submersible platform which

f.eks. kan anvendes til produksjon til havs. e.g. can be used for offshore production.

Denne typen konstruksjon består vanligvis av langstrakte elementer i en vertikal akse (eller søyler) som er delvis nedsenket, og i en horisontal akse 5 langstrakte elementer som er fullstendig nedsenket og som er kalt pongtonger. Elementene, som kan være i et variabelt antall, kan være uttegnet i forskjellige utforminger for å danne skjelettet til en halvt nedsenkbar plattform. This type of construction usually consists of elongated elements in a vertical axis (or columns) which are partially submerged, and in a horizontal axis 5 elongated elements which are completely submerged and which are called pontoons. The elements, which can be in a variable number, can be designed in different designs to form the skeleton of a semi-submersible platform.

Konstruksjonene eller strukturene som er utformet slik, opplagrer generelt en bro eller et dekk på hvilket det er anordnet spesifikt utstyr i samsvar med10plattformens tiltenkte funksjon. The constructions or structures so designed generally store a bridge or deck on which specific equipment is arranged in accordance with the platform's intended function.

Slike konstruksjoner er f.eks. beskrevet i de følgende patentdokumenter: US-A-4.112.864, US-A-3.949.693 eller også US-A-3.967.572. Such constructions are e.g. described in the following patent documents: US-A-4,112,864, US-A-3,949,693 or also US-A-3,967,572.

For å holde denne typen plattform over ett nøyaktig fast punkt på havbunnen, blir det brukt mange posisjoneringssystemer. Myke kabler kan isforbinde forankringspunkter på havbunnen med punkter på plattformen. Det finnes også systemer kalt "dynamiske posisjoneringssystemer" som består av drivanordninger som er faste med plattformen og tiltenkt å tilbakeføre denne til den opprinnelige posisjonen når det er konstatert et avvik. To keep this type of platform above a precise fixed point on the seabed, many positioning systems are used. Soft cables can connect anchor points on the seabed with points on the platform. There are also systems called "dynamic positioning systems" which consist of drive devices which are fixed with the platform and intended to return this to the original position when a deviation is detected.

I tilfellet med oljeproduksjon, vil én eller flere fleksible ledere eller stigerør,20forbinde brønnene og plattformen, og sikre den forannevnte produksjon. In the case of oil production, one or more flexible conductors or risers,20 will connect the wells and the platform, and ensure the aforementioned production.

Dessuten kan de halvt nedsenkbare konstruksjonene møte forhold som er ekstremt vanskelige. I de nordlige havstrøk kan de f.eks. bli utsatt for bølgehøyder i størrelsesorden 30 m. Konstruksjonene blir derved sterkt påvirket Moreover, the semi-submersible structures can face conditions that are extremely difficult. In the northern sea areas, they can e.g. be exposed to wave heights of the order of 30 m. The constructions are thereby strongly affected

og må oppvise en forhøyet strukturell motstand. Dimensjoneringen av de25forskjellige elementene som utgjør installasjonene er således spesielt følsom, og må tilfredsstille et visst antall statiske og dynamiske kriterier. and must exhibit an elevated structural resistance. The dimensioning of the various elements that make up the installations is thus particularly sensitive, and must satisfy a certain number of static and dynamic criteria.

Ett kriterium av statisk type angår f.eks. begrensningen i den hydrostatiske stabilitet som gir hovedvilkårende for profilen eller tverrsnittet og avstanden One criterion of a static type concerns e.g. the limitation in the hydrostatic stability which gives the main conditions for the profile or cross-section and the distance

mellom søylene eller skaftene. Dimensjoneringen av søylene er således generelt30viktig. between the columns or shafts. The dimensioning of the columns is therefore generally30 important.

De dynamiske kriterier er spesielt knyttet til dønnings-perioder og impliserer at de passende perioder som konstruksjonen ruller, stamper eller støtes, befinner seg godt utenfor tilsvarende dønnings-perioder. Et annet dynamisk kriterium er satt i relasjon til ekvilibriumsperioden, og det vil si perioden når det er en fullstendig annullering av de vertikale kreftene som virker på søylene og pongtongene. Ved at dimensjone på søylene og pongtongene velges på en passende måte, .oppnås en ekvilibriumsperiode som er gitt ved at det er en5begrensning som ligger over dønningsperiodene som vanligvis møtes i en geografisk sone. For eksempel vil dimensjoneringen av de halvt nedsenkbare plattformer for bruk i nordhavene, være slik at dere ekvilibriumsperiode befinner seg i området mellom 18 og 20 sekunder. The dynamic criteria are particularly linked to swell periods and imply that the appropriate periods during which the structure rolls, bumps or is bumped are well outside corresponding swell periods. Another dynamic criterion is set in relation to the equilibrium period, that is to say the period when there is a complete cancellation of the vertical forces acting on the columns and pontoons. By choosing the dimensions of the columns and pontoons in a suitable way, an equilibrium period is achieved which is given by the fact that there is a limitation that lies above the swell periods that are usually encountered in a geographical zone. For example, the dimensioning of the semi-submersible platforms for use in the North Seas will be such that the equilibrium period is in the area between 18 and 20 seconds.

For å tilfredsstille disse kriterier, må pongtongene til de halvt nedsenkbare io plattformene være voluminøse og utgjøre vanligvis 70-80% av det totalt nedsenkede volumet. To satisfy these criteria, the pontoons of the semi-submersible io platforms must be voluminous and usually make up 70-80% of the total submerged volume.

Dagens halvt nedsenkbare plattformer må for å tilfredsstille kriteriene som er angitt ovenfor, ha store dimensjoner, og det kan oppstå en rekke problemer vedrørende levering, kostnader og andre forhold.15Den foreliggende oppfinnelse har som formål å avhjelpe de forannevnte problemer og foreslår en halvt nedsenkbar konstruksjon med reduserte dimensjoner i forhold til de klassiske vanlige dimensjonene, og som likevel tilfredsstiller alle dimensjoneringskriteriene angitt ovenfor. Today's semi-submersible platforms must, in order to satisfy the criteria stated above, have large dimensions, and a number of problems may arise regarding delivery, costs and other conditions.15 The present invention aims to remedy the aforementioned problems and proposes a semi-submersible construction with reduced dimensions compared to the classic standard dimensions, and which nevertheless satisfy all the dimensioning criteria stated above.

Den foreliggende oppfinnelse angår en halvt nedsenkbar plattform av typen2osom er angitt i begynnelsen av beskrivelsen, og i henhold til oppfinnelsen oppviser i det minste pongtongene porøse vegger. The present invention relates to a semi-submersible platform of the type 2 as indicated at the beginning of the description, and according to the invention at least the pontoons have porous walls.

Porøsiteten er oppnådd ved hjelp av et stort antall åpninger i veggene; og The porosity is achieved by means of a large number of openings in the walls; and

åpningene kan være fullt formede perforeringer, spalter eller sprekker. the openings may be fully formed perforations, slits or cracks.

Graden av porøsitet, dvs. overflaten av åpningene i forhold til den totale25veggoverflaten på hver pongtong, ligger fortrinnsvis mellom 10 og 30%. The degree of porosity, i.e. the surface of the openings in relation to the total wall surface of each pontoon, is preferably between 10 and 30%.

Oppfinnelsen finner spesielt anvendelse for produksjons-plattformer. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte trekk. The invention finds particular application for production platforms. The invention is characterized by the features specified in the patent claims.

Andre karakteristika og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av beskrivelsen, som kun må anses illustrerende og ikke begrensende, 30 med henvisning til de vedføyde tegninger, i hvilke: Fig. 1 viser, sett ovenfra, en utførelse for å illustrere de spesielle forhold Other characteristics and advantages of the present invention will be apparent from the description, which must only be considered illustrative and not limiting, 30 with reference to the attached drawings, in which: Fig. 1 shows, viewed from above, an embodiment to illustrate the special conditions

med en porøs pongtong, with a porous pontoon,

fig. 2 viser utførelsen på fig. 1 sett fra siden, fig. 2 shows the embodiment in fig. 1 side view,

fig. 3 viser kurvene til overføringsfunksjonene for støt som er opptatt av fig. 3 shows the curves of the shock transfer functions concerned

utførelsen vist på fig. 1 og 2, the embodiment shown in fig. 1 and 2,

fig. 4 viser kurvene til overføringsfunksjonen for støt i relasjon til det som er opptatt av utførelsen på fig. 1 og 2, fig. 4 shows the curves of the shock transfer function in relation to what is concerned with the embodiment of fig. 1 and 2,

5fig. 5 viser, sett ovenfra, en utførelsesform av oppfinnelsen, og 5 fig. 5 shows, seen from above, an embodiment of the invention, and

fig. 6 og 7 viser hver i perspektiv en geometrisk utførelsesform av en porøs fig. 6 and 7 each show in perspective a geometric embodiment of a porous

pongtong i henhold til oppfinnelsen, pontoon according to the invention,

fig. 1 og 2 viser en utførelse som anvendes for å frembringe visse fysiske særegenheter i en konstruksjon, som tilveiebringes av et porøst element, fig. 1 and 2 show an embodiment used to produce certain physical characteristics in a construction, which are provided by a porous element,

io Utførelsen som her er tatt som et eksempel, er ment å være representativt for en reell konstruksjon av en halvt nedsenket plattform, spesielt når det gjelder hydrodynamiske egenskaper. io The embodiment taken here as an example is intended to be representative of a real construction of a semi-submerged platform, particularly in terms of hydrodynamic properties.

Utførelsen som er nesten fullstendig nedsenket, består av en porøs første sylinder 1 med en horisontal akse, og porøsiteten innebærer at den er penetrert15med hull, spalter eller andre små åpninger. The embodiment which is almost completely submerged consists of a porous first cylinder 1 with a horizontal axis, and the porosity implies that it is penetrated 15 with holes, slits or other small openings.

En andre sylinder 2 med den vertikale akse Z er sammenføyd med den første sylinderen, hovedsakelig på midten av denne. Diameteren til den andre sylinderen 2 er litt større enn diameteren til den første sylinderen. A second cylinder 2 with the vertical axis Z is joined to the first cylinder, mainly in the middle thereof. The diameter of the second cylinder 2 is slightly larger than the diameter of the first cylinder.

På bakgrunn av denne utførelsen er det foretatt en studie av den vertikale20translasjonsbevegelse, kalt støt, som virkning av en dønning. On the basis of this design, a study has been made of the vertical translational movement, called impact, as the effect of a swell.

Den horisontale translasjonsbevegelsen, i forplantnings-retningen til The horizontal translational movement, in the propagation direction of

dønningen, og som blir kalt "løpebevegelse", er likeledes studert. the swell, which is called "running motion", has also been studied.

Responsen til den flytende struktur, vel og merke vis a vis støtbevegelse, er i virkeligheten meget signifikant for dimensjoneringen og evalueringen av 25 ytelsene. The response of the floating structure, indeed vis a vis impact movement, is in reality very significant for the dimensioning and evaluation of the performances.

På fordelaktig måte er de porøse pongtongene i henhold til oppfinnelsen forsynt med åpninger i hver av veggene. Med en porøs pongtong i henhold til oppfinnelsen, dannes det således et trykktap som er proporsjonalt med Advantageously, the porous pontoons according to the invention are provided with openings in each of the walls. With a porous pontoon according to the invention, a pressure loss is thus formed that is proportional to

dreneringshastigheten, og dette gir en dempningseffekt som er svært viktig idet30den i vesentlig grad begrenser resonansfenomenene. the drainage rate, and this provides a damping effect which is very important as it substantially limits the resonance phenomena.

Fig. 3 illustrerer spesielt godt dempningsfenomenet som oppnås med de porøse pongtonger. Den heltrukne linjen 30 representerer overføringsfunksjonen for støt for en vanntett pongton. Det fremgår tydelig at det er en resonans for dønningperioder i området 16 eller 17 sekunder. Denne resonansen blir på fordelaktig måte begrenset eller undertrykt med porøse pongtonger som er representert med de punkterte kurvene 31-33 på fig. 3. De tre kurvene korresponderer med responsen til pongtonger som har de respektive porøsiteter 5 på 10, 20 og 30%. En porøsitet på 30% undertrykker fullstendig resonansfenome-net. Fig. 3 illustrates particularly well the damping phenomenon that is achieved with the porous pontoons. The solid line 30 represents the shock transfer function for a waterproof pontoon. It is clear that there is a resonance for swell periods in the region of 16 or 17 seconds. This resonance is advantageously limited or suppressed with porous pontoons which are represented by the dashed curves 31-33 in FIG. 3. The three curves correspond to the response of pontoons having the respective porosities 5 of 10, 20 and 30%. A porosity of 30% completely suppresses the resonance phenomenon.

Det fremgår når en fortsetter til det hydrodynamiske planet, at graden av porøsitet i pongtongene er en viktig parameter. Formen på de små åpningene synes i motsetning til dette ikke å være signifikante, og det samme gjelder tverr-losnittsformen til pongtongene. It becomes clear when one continues to the hydrodynamic plane, that the degree of porosity in the pontoons is an important parameter. In contrast, the shape of the small openings does not seem to be significant, and the same applies to the cross-sectional shape of the pontoons.

I motsetning til ved den tradisjonelle halvt nedsenkede plattformen, og på fordelaktig måte, kan tverrsnittet til de porøse pongtonger i henhold til oppfinnelsen være mindre enn tverrsnittet til søylene. In contrast to the traditional semi-submerged platform, and advantageously, the cross-section of the porous pontoons according to the invention can be smaller than the cross-section of the columns.

Til sammenligning med en vanlig struktur eller konstruksjon, dvs. utstyrt In comparison with a normal structure or construction, i.e. equipped

15med pongtonger med massive vegger, kan dessuten fabrikasjonskostnadene til de porøse pongtongene reduseres vesentlig siden pongtongene ikke lenger behøver å motstå det hydrostatiske trykket. Trykkforskjellene som påføres de perforerte platene ligger i virkeligheten langt under det hydrostatiske trykket. 15with pontoons with massive walls, the manufacturing costs of the porous pontoons can also be significantly reduced since the pontoons no longer have to withstand the hydrostatic pressure. The pressure differences applied to the perforated plates are in reality far below the hydrostatic pressure.

Dessuten vil de porøse pongtongene opprettholde sin flytbarhetsfunksjon20og ta del i å opprettholde den strukturelle stivheten til montasjen, samtidig som de spiller en ikke-neglisjerbar rolle når det gjelder dempningen. Moreover, the porous pontoons will maintain their buoyancy function20 and take part in maintaining the structural rigidity of the assembly, while playing a non-negligible role in terms of damping.

Dempningen som utføres av de porøse pongtongene gjør det mulig å begrense, nærmest eliminere, resonansfrekvensene til strukturen overfor støt, dvs. på nivået til translasjonen av vertikale bevegelser slik det fremgår av fig. 3.25Dessuten virker denne dempningen på de horisontale bevegelsene til strukturen. Dempningen som dannes av de porøse pongtongene påvirker lavfrekvensoscillasjoner i horisontalplanet, slik at disse nærmest forsvinner. The damping effected by the porous pontoons makes it possible to limit, almost eliminate, the resonant frequencies of the structure against shocks, i.e. at the level of the translation of vertical movements as shown in fig. 3.25 In addition, this damping acts on the horizontal movements of the structure. The damping created by the porous pontoons affects low-frequency oscillations in the horizontal plane, so that these almost disappear.

Denne egenskap gjør det mulig å anvende en forankring som er mindre kostbar på plattformer i samsvar med oppfinnelsen. This property makes it possible to use an anchorage that is less expensive on platforms in accordance with the invention.

30Dessuten har studiene avdekket at, som vist på fig. 4, at det relative støt, som vil si den vertikale translasjon i forhold til den flytende strukturen og den fri overflate, vel og merke i perioder med kraftig dønning (perioder med større varighet enn 12-15 sek.), minker helt tydelig når pongtonger med massive vegger 30Furthermore, the studies have revealed that, as shown in fig. 4, that the relative shock, which means the vertical translation in relation to the floating structure and the free surface, especially during periods of strong swell (periods with a duration greater than 12-15 sec.), clearly decreases when pontoons with massive walls

(kurve 40) erstattes med pongtongene med de respektive porøsiteter lik 10, 20 og 30% (kurvene 41, 42 og 43). (curve 40) is replaced by the pontoons with the respective porosities equal to 10, 20 and 30% (curves 41, 42 and 43).

Denne egenskapen gjør det mulig å minske høyden til broen, dvs. avstanden mellom plattformen som rager over vannet og nivået til vannet.5Høydegevinsten som oppnås på den måten er i størrelsesorden 50% eller mer. This property makes it possible to reduce the height of the bridge, i.e. the distance between the platform that projects above the water and the level of the water.5 The height gain that is achieved in this way is in the order of 50% or more.

Plattformene som er utstyrt med porøse pongtonger har således reduserte dimensjoner sammenlignet med de vanlige plattformer: Dette gjelder størrelsen på tverrsnittet til pongtongene og høyden på broen, io videre vil plattformen i henhold til oppfinnelsen gi vesentlige fordeler når det gjelder nødvendig forankring, og helt spesielt når det gjelder dimensjoneringen av forankrings-linene og de fleksible overføringssøylene eller stigene. The platforms which are equipped with porous pontoons thus have reduced dimensions compared to the usual platforms: This applies to the size of the cross-section of the pontoons and the height of the bridge, and furthermore the platform according to the invention will provide significant advantages in terms of the necessary anchoring, and especially when it concerns the dimensioning of the anchoring lines and the flexible transfer columns or ladders.

Et eksempel på utførelse av en halvt nedsenkbar plattform i samsvar med oppfinnelsen er vist på fig. 5.15I denne utførelsesform er fire søyler 3 anordnet i de fire hjørnene til en bærer hvis hver side er tildannet av en porøs pongton 4 som er fullstendig nedsenket. An example of the design of a semi-submersible platform in accordance with the invention is shown in fig. 5.15 In this embodiment, four columns 3 are arranged in the four corners of a carrier, each side of which is formed by a porous pontoon 4 which is completely submerged.

Alle typer plater eller opplagringselementer kan være opplagret over vannet ved hjelp av denne underliggende struktur.20Det tilrådes likeledes, uten å forlate rammen for oppfinnelsen, å vurdere en struktur som er forsynt med porøse pongtonger og vanntette pongtonger. All types of plates or storage elements can be stored above the water using this underlying structure. 20 It is also recommended, without leaving the scope of the invention, to consider a structure that is provided with porous pontoons and waterproof pontoons.

Forankringen av slike strukturer kan være utført på hensiktsmessig kjent The anchoring of such structures can be carried out in suitably known ways

måte. manner.

Som allerede uttalt, kan dessuten profilen eller tverrsnittet av de porøse25pongtongene være utført kvadratisk, som vist på fig. 6, eller sirkulært som vist på fig. 7. As already stated, the profile or cross-section of the porous 25 pontoons can also be made square, as shown in fig. 6, or circular as shown in fig. 7.

Andre typer tverrsnitt kan også være tilrådelige, og et eksempel som er svært enkelt å realisere er den vanlige brukte typen med rektangulært tverrsnitt og Other types of cross-section may also be advisable, and an example that is very easy to realize is the commonly used type with a rectangular cross-section and

skrå vinkler. oblique angles.

30På foretrukken, men ikke begrensende måte anvendes den foreliggende oppfinnelse spesielt i offshore-området, for små produksjonsplattformer med fleksible stigere. Det må forstås at fagkyndige på området, på bakgrunn av den gitte beskrivelse, som kun er ment å være illustrerende og ikke begrensende, kan utvikle forskjellige varianter og modifikasjoner uten å forlate rammen for oppfinnelsen, slik den er angitt i det selvstendige patentkravet. 30 In a preferred, but not limiting way, the present invention is used especially in the offshore area, for small production platforms with flexible risers. It must be understood that experts in the field, on the basis of the given description, which is only intended to be illustrative and not limiting, can develop different variants and modifications without leaving the scope of the invention, as stated in the independent patent claim.

Claims

1. Semi-submersible platform consisting of at least one semi-submerged column (2, 3) and a number! of fully submerged elongated parts or pontoons 5 (1, 4), where each has at least one horizontal axis, characterized in that at least some of said pontoons (1, 4) have porous walls, the porosity being achieved by means of a large number of small openings through said walls.

2. Semi-submersible platform according to claim 1, characterized by the porosity ratio, i.e. the ratio of the total area of the openings to the total area of the walls, is less than or equal to 30%.

3. Semi-submersible platform according to claim 1 or 2, characterized in that the porosity ratio is between 10 and 30%. 15

4. Semi-submersible platform according to any of the preceding claims, characterized in that the small openings are slits.

5. Semi-submersible platform according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises four columns (2, 3) and four pontoons (1, 4), and at least two of which pontoons (1, 4) are porous.