NO310518B1

NO310518B1 - Deep-water platform for tension-biased riser for connection to offshore hydrocarbon wells and method for reducing the platform's natural period time

Info

Publication number: NO310518B1
Application number: NO19962719A
Authority: NO
Inventors: Peter William Marshall; Denby Grey Morrison; David Armstrong Huete; Susan Lyon Smolinski
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2001-07-16
Also published as: WO1995018268A1; GB2300017A; MY123722A; GB9613604D0; OA10366A; NO962719L; NO962719D0; GB2300017B

Description

Denne oppfinnelse gjelder en dypvannsplattform for hydrokarbonbrønner for produk-sjon til havs, særlig for store havdyp. This invention relates to a deep-water platform for hydrocarbon wells for production at sea, particularly for large sea depths.

Konvensjonelle bunnfundamenterte plattformer med faste eller stive tårnkonstruksjoner er effektive med hensyn til å bære utrustning etc. øverst på plattformen ved havdyp som er middels store eller moderate, men deres grunngitte konstruksjon blir økonomisk mindre attraktiv ved utvinning på dyp over f.eks. 300 m. Et eksempel på dette er gitt i patentet US 4 958 960. Som et alternativ til bunnfundamenterte plattformkonstruksjoner for dyp sjø har man det man kan kalle begrenset elastiske eller ettergivende tårnkonstruksjoner i form av stålfagverk ("compliant towers"), ut fra det prinsipp at konstruksjonen skal kunne følge de påtrykte dynamiske omgivelseskrefter til en viss grad i stedet for stivt å motstå disse. Et grunnkrav for å kunne holde en slik elastisk respons under kontroll er å frembringe en konstruksjon hvis egensvingninger og harmoniske av disse ikke sammenfaller med periodiske svingningsområder for omgivelsene. Dette har ledet frem til konstruksjoner hvor man dessuten i betydelig grad kan redusere den totale mengde stål som trengs for å holde installasjoner og utrustning øverst på plattformen, i forhold til konvensjonelle stive plattformer. Et eksempel er gitt i GB 2 123 883. Conventional bottom-foundation platforms with fixed or rigid tower structures are effective in terms of carrying equipment etc. on top of the platform at medium or moderate sea depths, but their foundation construction becomes economically less attractive when mining at depths above e.g. 300 m. An example of this is given in the patent US 4 958 960. As an alternative to bottom-founded platform constructions for deep seas, there are what can be called limited elastic or yielding tower constructions in the form of steel trusses ("compliant towers"), based on the principle that the construction should be able to follow the imposed dynamic environmental forces to a certain extent instead of rigidly resisting them. A basic requirement to be able to keep such an elastic response under control is to produce a construction whose natural oscillations and their harmonics do not coincide with periodic oscillation ranges for the surroundings. This has led to constructions where you can also significantly reduce the total amount of steel needed to hold installations and equipment at the top of the platform, compared to conventional rigid platforms. An example is given in GB 2 123 883.

Forskjellige tilnærmelser for å modifisere elastiske fagverkkonstruksjoners frekvens-respons for å unngå slikt uheldig svingningssammenfall har vært forsøkt, idet man bl.a. har søkt å redusere både belastning, nyttevekt og stålkravene ved å bygge kompakte og slanke tårn. Imidlertid krever også slike tårn ganske store stålmengder, og dessuten er det slik at en relativt stor del av stålet må være av bestemte gode stålkvaliteter og eventuelt Various approaches to modify the frequency response of elastic truss constructions to avoid such an unfortunate oscillation coincidence have been tried, with e.g. has sought to reduce both load, payload and the steel requirements by building compact and slim towers. However, such towers also require quite large amounts of steel, and furthermore, it is the case that a relatively large part of the steel must be of certain good steel qualities and possibly

-legeringer. -alloys.

Ut fra dette er det åpenbart at man kan vinne mye på forbedringer som på en sikker måte kunne redusere stålmengden og kravet til stålkvalitet, for stålkonstruksjoner for store dyp, enten det gjelder faste (stive) eller elastiske konstruksjoner. Det er her oppfinnelsen kommer inn, ved at det foreslås, slik det fremgår av patentkrav 1: En dypvannsplattform for strekkforspente stigerør for tilknytning til hydrokarbonbrønner til havs, omfattende: et fundament som er forankret til sjøbunnen, tårnhodeutstyr over sjøoverflaten, et tårnunderstell i fagverk som strekker seg vertikalt og er festet til fundamentet og som bærer tårnhodeutstyret og avgrenser en stigerøropphengssjakt mellom dette og fundamentet, og minst ett produksjonsstigerør med hovedsakelig vertikal utstrekning, opphengt i sjakten og innrettet for å gi fluidforbindelse mellom brønnene og tårnhodeutstyret. Dypvannsplatt-formen særmerker seg ved en stigerør<p>pphengssammenstilling som understøtter hvert stigerør nær sin øvre ende for å sørge for den vesentligste lastoverføring mellom hvert stigerør og tårnunderstellet, hvorved hvert stigerør understøttes i strekk. Based on this, it is obvious that a lot can be gained from improvements that could safely reduce the amount of steel and the requirement for steel quality, for steel structures for great depths, whether it concerns fixed (rigid) or elastic structures. This is where the invention comes in, by proposing, as stated in patent claim 1: A deep-water platform for prestressed risers for connection to hydrocarbon wells at sea, comprising: a foundation anchored to the seabed, tower head equipment above the sea surface, a tower subframe in trusses which extends vertically and is fixed to the foundation and which carries the tower head equipment and delimits a riser suspension shaft between this and the foundation, and at least one production riser with a mainly vertical extent, suspended in the shaft and arranged to provide fluid connection between the wells and the tower head equipment. The deep water plate form is characterized by a riser suspension assembly that supports each riser near its upper end to ensure the most important load transfer between each riser and the tower base, whereby each riser is supported in tension.

Stigerøropphenget sørger således for hovedoverføringen av belastningen mellom stigerør og plattformunderstell, og konvensjonelle styringer og tilhørende horisontale skinner kan derfor i alt vesentlig elimineres fra konstruksjonen. Oppfinnelsen er særlig anvendelig for elastiske tårnkonstruksjoner. Den gjelder videre en fremgangsmåte for å redusere den naturlige periodetid i den harmoniske respons som tilsvarer piskemodus for et elastisk tårn på dypt vann, hvilket tårn har et hovedsakelig vertikalt stålfagverk, er festet til et fundament i sjøbunnen, bærer et tårnhode over sjøoverflaten og har flere stigerør som danner forbindelse mellom tårnhodet og flere brønner i sjøbunnen via et stigerørstrekk, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved fråkopling av stigerørenes masse fra stålfagverket ved å holde fast stigerørene øverst i flere oppheng under strekkforspenning, slik at disse oppheng derved gir den vesentligste lastoverføring mellom stigerørene og fagverket, idet stigerørenes frie spenn fritt kan oppta påvirkende krefter utenfra over hele lengden og uavhengig av fagverket. The riser suspension thus ensures the main transfer of the load between the riser and platform undercarriage, and conventional guides and associated horizontal rails can therefore be largely eliminated from the construction. The invention is particularly applicable to elastic tower constructions. It further relates to a method of reducing the natural period time of the harmonic response corresponding to the whipping mode of an elastic tower in deep water, which tower has a mainly vertical steel truss, is fixed to a foundation in the seabed, carries a tower head above the sea surface and has several risers that form a connection between the tower head and several wells in the seabed via a riser pipe, and this method is characterized by disconnecting the mass of the risers from the steel framework by holding the risers at the top in several suspensions under tension, so that these suspensions thereby provide the most significant load transfer between the risers and the framework, as the free span of the risers can freely absorb external forces over the entire length and independently of the framework.

Oppfinnelsen skal nå gjennomgås i nærmere detalj, ved foretrukne utførelsesformer. Samtidig vises til tegningene, hvor fig. 1 isometrisk viser et fagverkstårn ifølge oppfinnelsen, fig. IA viser den øverste del av samme, fig. IB viser i større målestokk et stigerøroppheng i en utførelse av tårnet tilsvarende fig. IA, fig. 1C viser et tverrsnitt slik som antydet med 1C-1C på fig. 1, fig. ID viser det tilsvarende tverrsnitt av den øvre del, indikert med 1D-1D på fig. IA, fig. 1E viser i delvis lengdesnitt en stigerørstreng med dobbelvegg, beregnet for stort trykk og egnet for oppfinnelsens tårn, fig. 1F viser et enderiss av utførelsen vist på fig. 1G i transport, fig. 1G viser et horisontalsnitt av oppfinnelsens elastiske tårn i en alternativ utførelse, fig. 2 viser i perspektiv et elastisk tårn som ikke er i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2A viser et tverrsnitt av dette tårn, indikert med 2A-2A på fig. 2, fig. 3A viser skjematisk hvordan et elastisk tårn svinger ut til siden (svaier), fig. 3B viser skjematisk hvordan et slikt tårn utfører en annenordens svingning (piskebevegelse), fig. 3C viser skjematisk hvordan den førsteordens svaiebevegelse arter seg for et elastisk tårn med flere toppstrukne og stivt festede stigerør, fig. 4A viser skjematisk havbølgenes frekvensfordeling ved storm og ved rolige værforhold, fig. 4B viser grafisk den dynamiske respons for tre konvensjonelle dypvannstårnkonstruk-sjoner, fig. 4C viser grafisk karakteristiske tretthetsparametre for to forskjellige elastiske tårn, fig. 5 viser et oppriss av en alternativ utførelse av oppfinnelsens tårn og hvor en halvt neddykket borerigg utfører boring ved siden av tårnet, og fig. 5A viser et oppriss av den øverste og den nederste del av det elastiske tårn på fig. 5 etter avslutningen av boringen. The invention will now be reviewed in more detail, with preferred embodiments. At the same time, reference is made to the drawings, where fig. 1 isometrically shows a truss tower according to the invention, fig. IA shows the upper part of the same, fig. IB shows on a larger scale a riser suspension in an embodiment of the tower corresponding to fig. 1A, fig. 1C shows a cross-section as indicated by 1C-1C in fig. 1, fig. ID shows the corresponding cross-section of the upper part, indicated by 1D-1D in fig. 1A, fig. 1E shows, in partial longitudinal section, a riser string with a double wall, designed for high pressure and suitable for the tower of the invention, fig. 1F shows an end view of the embodiment shown in fig. 1G in transport, fig. 1G shows a horizontal section of the elastic tower of the invention in an alternative embodiment, fig. 2 shows in perspective an elastic tower which is not in accordance with the invention, fig. 2A shows a cross-section of this tower, indicated by 2A-2A in FIG. 2, fig. 3A schematically shows how an elastic tower swings out to the side (sway), fig. 3B schematically shows how such a tower performs a second-order oscillation (whip movement), fig. 3C schematically shows how the first-order swaying movement occurs for an elastic tower with several top-stretched and rigidly attached risers, fig. 4A schematically shows the frequency distribution of sea waves during storms and during calm weather conditions, fig. 4B graphically shows the dynamic response of three conventional deepwater tower structures, FIG. 4C graphically shows characteristic fatigue parameters for two different elastic towers, fig. 5 shows an elevation of an alternative embodiment of the tower of the invention and where a semi-submerged drilling rig carries out drilling next to the tower, and fig. 5A shows an elevation of the upper and lower parts of the elastic tower of FIG. 5 after the completion of drilling.

Fig. 1 illustrerer en utførelse av et dypvannstårn 10 for strekkforspente stigerør og konstruert i henhold til oppfinnelsen. Stigerørene og tårnhodeutstyret er ikke tatt med på figuren for å gjøre denne enklere. Det viste tårn er basert på en foreløpig konstruksjon for tretti brønner i en vanndybde på 1 km og med en nyttelast på 22605 tonn, innbefattet 6000 tonn strekkforspenning av stigerørene. Eksemplet viser en lettvektkonstruksjon med relativt bred henstilling og med et noe elastisk rammeverk. Nærmere enkelheter vil fremgå av beskrivelsen nedenfor. Fig. 1 illustrates an embodiment of a deep-water tower 10 for tension-prestressed risers and constructed according to the invention. The risers and tower head equipment are not included in the figure to make this simpler. The tower shown is based on a preliminary construction for thirty wells in a water depth of 1 km and with a payload of 22,605 tonnes, including 6,000 tonnes of tensile prestressing of the risers. The example shows a lightweight construction with a relatively wide fit and with a somewhat elastic framework. Further details will appear from the description below.

1 den viste utførelse har dypvannstårnet 10 et stålfagverk 12 som kan tøye seg noe 1 the embodiment shown, the deep water tower 10 has a steel truss 12 which can stretch somewhat

(eng.: compliant framework) og som nederst har eller går over i pæler 14 som ikke bare danner et fundament 16 i sjøbunnen 22, men også strekker seg oppover et stykke over overflaten av bunnslammet, over et bunn-nivåstag 24. Ved at pælene på denne måte strekker seg over en betydelig lengde av stålfagverket 12 bidrar de til tårnets opprettings-moment og dynamiske respons. Pælene 14 opptas langsgående forskyvbart i hylser 18 langs tårnets ben 20. (eng.: compliant framework) and which at the bottom has or transitions into piles 14 which not only form a foundation 16 in the seabed 22, but also extend upwards a distance above the surface of the bottom mud, over a bottom-level stay 24. By the fact that the piles in this way, extending over a considerable length of the steel truss 12, they contribute to the tower's righting moment and dynamic response. The piles 14 are received longitudinally displaceably in sleeves 18 along the legs 20 of the tower.

Den øverste del av pælene kan være fast forbundet med bena i seter 27 ved utstøping eller i en hydraulisk aktivert festemekanisme. Minimale relative bevegelser ved rolige værforhold kan opptas i en elastomerpakning i forbindelsen mellom pælene og hylsene, og større bevegelser kan opptas i den forskyvning som hylsene tillater. The upper part of the piles can be firmly connected to the legs in seats 27 by casting or in a hydraulically activated attachment mechanism. Minimal relative movements in calm weather conditions can be accommodated in an elastomeric seal in the connection between the piles and the sleeves, and larger movements can be accommodated in the displacement that the sleeves allow.

Den øvre ende av tårnet 10 i denne utførelse er vist i nærmere detalj på fig. IA, med det som her er kalt tårnhodeutstyr 30 på oversiden av sjøoverflaten 26 og som kan bestå av et ventiltre for å holde et opphengsbrett for stigerør (den enkleste utførelse), opp til og innbefattende bore- og prosessutstyr for å separere og forberede produsert fluid for transport. Bena 20 skrår oppover mot hverandre i en seksjon 32 som i denne utførelse ikke behøver å være så bred øverst, siden tårnhodeutstyret ikke forlanger den ekstreme benbredde som ellers vil kunne bidra til ønsket dynamisk respons for et stålfagverk 12 av annen type. En plattformbasis 34 som danner et øvre fundament forbinder den oppover avsmalnende seksjon 32 med tårnhodeutstyret 30, og i denne utførelse bærer plattform-basisen 34 ikke bare et boredekk 36 og eventuelt andre driftsdekk øverst i tårnet 10, men omfatter også båtdekk 38 i hjørnene og et pyramidefagverk 40 som vekten av stigerørene (ikke vist) opptas av det opphengsbrett 42 som holder rørene eller fra dekket og med retning mot bena 20. The upper end of the tower 10 in this embodiment is shown in more detail in fig. IA, with what is here called tower head equipment 30 on the upper side of the sea surface 26 and which may consist of a valve tree to hold a riser suspension tray (the simplest embodiment), up to and including drilling and processing equipment to separate and prepare produced fluid for transport. The legs 20 slope upwards towards each other in a section 32 which in this embodiment does not need to be so wide at the top, since the tower head equipment does not require the extreme leg width which would otherwise contribute to the desired dynamic response for a steel truss 12 of a different type. A platform base 34 which forms an upper foundation connects the upwardly tapering section 32 with the tower head equipment 30, and in this embodiment the platform base 34 not only carries a drilling deck 36 and possibly other operating decks at the top of the tower 10, but also includes boat decks 38 in the corners and a pyramid truss 40 as the weight of the riser pipes (not shown) is taken up by the suspension board 42 which holds the pipes or from the deck and in the direction of the legs 20.

Fig. IB viser nærmere en utførelse av hvordan et stigerør 44 holdes festet ved hjelp av en strekkavlastningskopling 106 i opphengsbrettet 42 (fig. IA og 1C). I den viste utførelse omfatter opphenget en strekkavlastet øvre seksjon 108 i stigerøret 44, hvilket øker dettes fleksibilitet, slik det er vist i patentet US 5 447 392, og beskrivelsen i dette patentskrift tas her med som referanse. Fig. IB shows in more detail an embodiment of how a riser 44 is held fixed by means of a strain relief coupling 106 in the suspension board 42 (fig. IA and 1C). In the embodiment shown, the suspension comprises a strain-relieved upper section 108 in the riser 44, which increases its flexibility, as shown in patent US 5,447,392, and the description in this patent document is included here as a reference.

Stigerøret 44 (egentlig en sammenføyd streng) strekker seg oppover fra et undervanns brønnhode 116 på sjøbunnen 22 og opp til opphengsbrettet 42 gjennom en strekkseksjon 118 ("et løpende spenn"). Stigerørvekten overføres til opphengsbrettet 42 via den mellominnsatte strekkavlastningskopling 106, og opphengsbrettet omfatter et gitterverk av skinner 120 og bæreplater 122 holdt oppe øverst i stålfagverket 12 av det allerede nevnte pyramidefagverk 40 som utgjør en del av det komplette fagverk 12. Bæreplateinnsatser 124 er lagt inn for å oppta strekket, og disse innsatser omfatter et halvkuleformet sete 126 av elastomermateriale for å gi flatekontakt mellom en del av stigerøret og bæreplatene 122. Strekkavlastningskoplingen avlaster strekkseksjonen 118 av stigerøret 44 fra den strekkavlastede rørseksjon 108. Denne seksjons øverste ende er i alt vesentlig festet til en innsnevringshylse 110 nær brønnhodet 112, og med en slik anordning får man en viss fleksibilitet hos den kraftig strekkforspente streng av stigerør 44 beregnet for stort trykk, mellom brønnhodets styredel eller selve brønnhodet 116 på sjøbunnen og et overflatebrønnhode 112. Stigerørets fleksibilitet holdes isolert i forhold til hylsen 110 nær dette brønnhode, hvorved bruken av et fast brønnhode i et ettergivende tårn muliggjøres. The riser 44 (actually a jointed string) extends upwards from an underwater wellhead 116 on the seabed 22 and up to the suspension board 42 through a tension section 118 ("a running span"). The riser weight is transferred to the suspension board 42 via the intermediate strain relief coupling 106, and the suspension board comprises a grid of rails 120 and support plates 122 held up at the top of the steel truss 12 by the already mentioned pyramid truss 40 which forms part of the complete truss 12. Support plate inserts 124 are inserted for to accommodate the strain, and these inserts comprise a hemispherical seat 126 of elastomeric material to provide surface contact between a portion of the riser and the support plates 122. The strain relief coupling relieves the strain section 118 of the riser 44 from the strain-relieved pipe section 108. The upper end of this section is substantially attached to a narrowing sleeve 110 near the wellhead 112, and with such a device a certain flexibility is obtained in the strongly tension-biased string of riser pipe 44 intended for high pressure, between the wellhead's control part or the wellhead itself 116 on the seabed and a surface wellhead 112. The riser's flexibility is kept isolated in the rhold to the sleeve 110 near this wellhead, whereby the use of a fixed wellhead in a yielding tower is made possible.

Hvordan skyverørene kan bevege seg inne i det ettergivende eller elastiske dypvannstårn 10 med stålfagverkoppbygging er særlig vist på fig. 3C og skal forklares nærmere nedenfor. How the pusher pipes can move inside the yielding or elastic deep water tower 10 with steel truss construction is particularly shown in fig. 3C and will be explained in more detail below.

Opphenget opptar altså vektbelastningen av stigerørene 44 nær deres øverste ende. I kontrast til dette kjennes tradisjonelt at belastningen fra stigerør i boretårn til havs på konvensjonell måte opptas under trykk i form av produksjonsforingsrør eller produksjonsrør inne i et relativt stort rør som gjerne kalles en konduktor eller et drivrør og som drives inn i sjøbunnen og derved tjener som en uavhengig pæle som holdes på plass inne i tårnets fagverk med styringer med regelmessig avstand over hele tårnets høyde. Slike styringer vil være nødvendig for å gi sidestøtte for drivrørene og derved hindre disse i å svinge ut sideveis med knekkfare. The suspension thus absorbs the weight load of the risers 44 near their upper end. In contrast to this, it is traditionally known that the load from risers in offshore derricks is taken up under pressure in a conventional way in the form of production casing or production pipe inside a relatively large pipe which is often called a conductor or a drive pipe and which is driven into the seabed and thereby serves as an independent pile that is held in place inside the tower's trusses with regularly spaced guides throughout the tower's height. Such guides will be necessary to provide lateral support for the drive pipes and thereby prevent them from swinging out sideways with the risk of breaking.

Drivrørene har i praksis ganske mye større diameter enn det som er nødvendig for opphengte produksjonsstigerør i de ordinære anvendelser av denne oppfinnelse, dvs at diametrene gjeme har vært i størrelsesorden 457 - 1220 mm i motsetning til standardmålet 9 5/8" (244 mm) eller mindre for produksjonsstigerørene. Den større diameter av drivrørene trengs delvis fordi man i tradisjonell konstruksjon har anvendt dem på stedet for både bore- og produksjonsformål. In practice, the drive pipes have a much larger diameter than is necessary for suspended production risers in the ordinary applications of this invention, i.e. the diameters have been in the order of 457 - 1220 mm as opposed to the standard size 9 5/8" (244 mm) or smaller for the production risers The larger diameter of the drive pipes is needed in part because in traditional construction they have been used on site for both drilling and production purposes.

Til sammenlikning behøves ifølge oppfinnelsen ikke slike drivrør eller deres styringer. Dette eliminerer også behovet for en god del av de horisontale stag som ellers har hørt med for å bære drivrørstyringene, såvel som de vertikale stag som har tjent til nødvendig katodebeskyttelse for slike rør. For comparison, according to the invention, such drive pipes or their controls are not needed. This also eliminates the need for a good portion of the horizontal struts which have otherwise agreed to carry the drive tube guides, as well as the vertical struts which have served to provide the necessary cathodic protection for such tubes.

Fig. 1C viser et tverrsnitt av tårnets fagverk 12 og med stigerør 44 som er ført gjennom en stigerøropphengssjakt 56 i dette. I den foretrukne utførelse dannes sjakten i et brett åpent innvendig rom i stålfagverket og uten konvensjonelle støtter anordnet regelmessig over høyden av tårnet. Følgelig kan man ha større relativ bevegelse mellom de enkelte stigerør, og sammenstøting av hvert enkelt rør vil måtte tas i betraktning. Dette må imidlertid ses i sammenheng med det reduserte behov for horisontale stag, slik at man får en økonomisk gunstig elastisk tåmkonstruksjon. En relativt bred tårnutførelse vil kunne oppta tilstrekkelig god klaring mellom et større antall stigerør 44 uten at sammenstøting vil være noe særlig problem og hvor man altså ikke behøver noen støttestag ved regelmessig avstand. Fig. 1C shows a cross-section of the tower's truss 12 and with riser 44 which is led through a riser suspension shaft 56 therein. In the preferred embodiment, the shaft is formed in a wide open interior space in the steel truss and without conventional supports arranged regularly over the height of the tower. Consequently, there can be greater relative movement between the individual risers, and the collision of each individual pipe will have to be taken into account. However, this must be seen in connection with the reduced need for horizontal braces, so that an economically favorable elastic toe construction is obtained. A relatively wide tower design will be able to accommodate sufficiently good clearance between a larger number of risers 44 without collisions being any particular problem and where you therefore do not need any support struts at regular intervals.

Med det at tårnet er relativt bredt (eng.: "wide-bodied stance") menes naturligvis at forholdet mellom tårnhøyden og benavstanden er relativt liten. Arealet av tårntverrsnittet vil henge sammen med avstanden mellom bena, og for konvensjonell geometri kan man ha et foretrukket forhold mellom den totale høyde L av stålfagverket og kvadratroten av det totale areal A av tverrsnittet på mindre enn 12:1. Utførelsen behøver imidlertid ikke ha dette forholdet over hele lengden av tårnet for å oppnå de fordeler som er antydet, og så lenge dette forhold: The fact that the tower is relatively wide (eng.: "wide-bodied stance") naturally means that the ratio between the tower height and the leg distance is relatively small. The area of the tower cross-section will be related to the distance between the legs, and for conventional geometry one may have a preferred ratio between the total height L of the steel truss and the square root of the total area A of the cross-section of less than 12:1. However, the design does not need to have this ratio over the entire length of the tower to achieve the advantages indicated, and as long as this ratio:

over minst 70 % av fagverklengden vil konstruksjonen være tilfredsstillende. over at least 70% of the truss length, the construction will be satisfactory.

Det er også ønskelig å redusere horisontalavstivningen samtidig med at man holder den relative størrelse av den i alt vesentlig åpne stigerøropphengssjakt bredest mulig. "Åpenheten" kan uttrykkes som en funksjon av arealet av sjakten i forhold til det totale areal av tverrsnittet av stålfagverket ved ett eller annet gitt horisontalt nivå. En foretrukket "åpenhet" oppnås med sjakten med tverrsnittet minst 22 % av det totale tverrsnitt av fagverket over hele tårnlengden. It is also desirable to reduce the horizontal bracing while keeping the relative size of the essentially open riser suspension shaft as wide as possible. The "openness" can be expressed as a function of the area of the shaft in relation to the total area of the cross-section of the steel truss at some given horizontal level. A preferred "openness" is achieved with the shaft with a cross-section of at least 22% of the total cross-section of the truss over the entire tower length.

Den illustrerte utførelse angir også en måte for å redusere belastningen fra ytre krefter mot tårnet. Stålfagverket installeres med flere ben, et minimum av horisontale stag mellom disse og et i alt vesentlig åpent indre. Produksjonsrørene med relativt liten diameter henges fritt under strekk i det indre åpne rom i fagverket, det rom som utgjør opphengs-sjakten 56. En slik konstruksjon gjør tårnet relativt lett gjennomtrengelig for vann og dermed bølgebevegelse, hvorved skjærkrefter og momenter reduseres slik at konstruksjonen kan motstå påtrykkene uten å måtte overdimensjoneres. The illustrated embodiment also indicates a way to reduce the load from external forces on the tower. The steel framework is installed with several legs, a minimum of horizontal braces between these and an essentially open interior. The relatively small diameter production pipes are suspended freely under tension in the inner open space in the truss, the space that makes up the suspension shaft 56. Such a construction makes the tower relatively easily permeable to water and thus wave motion, whereby shear forces and moments are reduced so that the construction can withstand the pressures without having to be oversized.

Ved at man eliminerer konvensjonelle drivrør og deres styreinstallasjoner betyr at det ikke vil være noen slik infrastruktur for å gi sidestøtte for konvensjonelle høy-trykksborerør som er selvbærende i vertikal retning, men som må hindres i å knekke ut sideveis. Sidestøtten for slike tunge borerør har tidligere vørt nødvendig for å kunne gi adgang til brønnen for boreoperasjoner via en sikringsventil av typen BOP på overflaten, men fig. 1E viser i stedet et høytrykksstigerør 140 med dobbelvegg for å utføre boring via et opphengssystem i samsvar med oppfinnelsen. Dobbelrøret 140 består av et ytre stigerør 142A som er opphengt i dekket 36A over vannflaten 26, og det dobbelveggede stigerør 140 strekker seg ned til et brønnhode 116A på sjøbunnen 22. Stigerøret har som indre rør 142B et trykkfast rør som står i forbindelse med brønnen via en pakning i brønnhodet 116A. Installasjonen av det ytre stigerør 142A kan lettes i et føringssystem 148. En sikringsventil 144 på borstedet gir brønnkontroll øverst i stigerøret 140. Eliminating conventional drive pipes and their control installations means that there will be no such infrastructure to provide lateral support for conventional high-pressure drill pipes that are self-supporting in the vertical direction but must be prevented from buckling laterally. The side support for such heavy drill pipes has previously been necessary to allow access to the well for drilling operations via a safety valve of the BOP type on the surface, but fig. 1E instead shows a double wall high pressure riser 140 for drilling via a suspension system in accordance with the invention. The double pipe 140 consists of an outer riser 142A which is suspended in the deck 36A above the water surface 26, and the double-walled riser 140 extends down to a wellhead 116A on the seabed 22. The riser has as inner pipe 142B a pressure-resistant pipe which is connected to the well via a gasket in the wellhead 116A. The installation of the outer riser 142A can be facilitated in a guide system 148. A safety valve 144 at the drill site provides well control at the top of the riser 140.

Et slikt system tillater bruk av et lettvekts ytre stigerør 142A alene for å bore de første intervaller hvor man må ha borerør med stor diameter, og eventuelle trykkstøt vil høyst være moderate i brønnens første område. For de senere trinn med større formasjonstrykk kan det indre stigerør 142B installeres og gir støtte for den fortsatte boring. Dette indre rør har reduserte diameterkrav siden disse følgende boreintervaller er begrenset for det innerste av de allerede monterte foringsrør 146 som har stadig avtagende diameter nedover. Det ytre stigerør 142 kan derved holdes på plass og være tilgjengelig for å gi positiv brønnkontroll for opptak og erstatning av det indre stigerør Such a system allows the use of a lightweight outer riser pipe 142A alone to drill the first intervals where drill pipe with a large diameter must be used, and any pressure surges will be moderate at most in the first area of the well. For the later stages with greater formation pressure, the inner riser 142B can be installed and provides support for continued drilling. This inner pipe has reduced diameter requirements since these following drilling intervals are limited for the innermost of the already installed casing pipes 146 which have an ever decreasing diameter downwards. The outer riser 142 can thereby be held in place and be available to provide positive well control for recording and replacement of the inner riser

142 hvis dette skulle behøve utskiftning. 142 if this should require replacement.

Det å sørge for høytrykksspesifikasjonene med mindre diameter i rørene, særlig for det indre stigerør 142B, gir overflatetilgjengelig reservebrønnkontroll samtidig med at man reduserer vekten av stigerøret betydelig i forhold til konvensjonelle høytrykksrør i en enkelt rørstreng med stor diameter. Den netto besparelse gjelder også etter at man har tatt med vekten av det lettvekts ytre stigerør 142A. Videre tillater den lette erstatnings-mulighet for det indre stigerør mindre slitasjekrav og gir ytterligere fordeler ved at man kan bruke rørmateriale som er konstruert for foringsrør for å danne det indre høy-trykksstigerør 142B. Providing for the smaller diameter high pressure specifications in the pipes, particularly for the inner riser 142B, provides surface accessible backup well control while significantly reducing the weight of the riser compared to conventional high pressure pipes in a single large diameter pipe string. The net saving also applies after taking into account the weight of the lightweight outer riser 142A. Furthermore, the easy replaceability of the inner riser allows for less wear requirements and provides additional advantages in that tubing material designed for casing can be used to form the inner high pressure riser 142B.

Fig. 1E illustrerer også en alternativ form av den strekkavlastede rørseksjon som er vist ved 108 på fig. IB, nå med et strekksystem 140 som holder produksjonsstigerøret 44 fra et forbindelsesdekk 36B. Dette strekksystem fører imidlertid til et forskyvbart brønnhode 152 koplet til fasilitetene via fleksible slanger og er ikke ledende mot hardrørforbindelser som er egnet for et fast brønnhode på overflaten. Fig. 1E also illustrates an alternative form of the strain-relieved pipe section shown at 108 in Fig. IB, now with a tension system 140 holding the production riser 44 from a connecting deck 36B. However, this tension system leads to a displaceable wellhead 152 connected to the facilities via flexible hoses and is not conductive to hard pipe connections suitable for a fixed wellhead on the surface.

Det doble og konsentriske høytrykksstigerørsystem i form av en stigerørstreng med dobbel vegg og som er vist på fig. 1E er beskrevet i nærmere detalj i US patentsøknad 167 100 av 20.12.93, og beskrivelsen i dette patenskrift tas her med som referanse. Fig. 2 og 2A illustrerer en annen konstruksjon for et ettergivende tårn 10A, også i form av et stålfagverkstårn med relativt stor avstand mellom bena. Tårnet 10A omfatter imidlertid ikke oppfinnelsens elastiske fagverk og er begrenset til å la stigerørene passere gjennom lederør og under støtte av horisontale stag som er anordnet med relativt liten avstand over tårnets lengde. Denne kjente konstruksjon ble undersøkt ved en vanndybde i størrelsesorden 1 km og med et sett styreelementer ved intervaller på 20 - 30 m langs tårnets utstrekning. Fig. 2A viser et tverrsnitt ved et nivå hvor det er horisontale støttestag, og det fremgår at man må ha slike stag 58 for rørføringer 60 hvor drivrør 44A er holdt på plass og støttet sideveis. Sammenlikning med fig. 1C indikerer grovt hvor mye materiale man kan spare med oppfinnelsen, f.eks. ved at denne bare behøver være på 66 000 tonn, mens den konvensjonelle konstruksjon må ha ca. 100 000 tonn stålmateriale for tilsvarende vanndybde. Begge disse mengdeberegninger inkluderte stålet i fundamentet. Fig. 1C illustrerer en annen måte å spare stål på i samsvar med denne oppfinnelse. Midlertidige krav for den belastning som skal tåles under installasjonen, f.eks. ved avlastning av tårnseksjoner 13 (fig. 1) fra et fartøy, idet dette omfatter en "flytende" fagverksdel 62 med stag 58A og skinner 64 for å gi forsterkning, alternativt til å styrke hele konstruksjonen for å kunne oppta slike temporære belastninger når det elastiske stålfagverk holdes horisontalt. Denne støttefunksjon er komplisert noe ved at skinnene 64 kan være anordnet innenbords i stedet for vertikalt fluktende med hjørnebena under transporten. Den innsnevrede skinneavstand ligger til rette for horisontal transport av en ganske bred plattform hvis sider strekker seg ut over bommene for tilgjengelige transport-fartøyer innenfor de vanlige klasser. Videre gir konstruksjonsforsterkningen fordeler under installasjonen av tårnet ved orientering slik at fagverksdelen 62 kommer til å forsterke det elastiske tårn i retningen av de kritiske påvirkende krefter som erfaringsmessig er herskende ved det aktuelle sted for installasjonen. Fig. 1F og 1G illustrerer en annen alternativ utførelse av oppfinnelsens fagverkståm. Fig. 1G viser et tverrsnitt av et tårn 10 hvis ben 20 er anordnet for et trapesformet tårntverrsnitt med minst mulig antall horisontale stag 58 og med et ganske åpent triangulært område i midten som danner stigerøropphengssjakten 56 for stigerørene 44. Dette bygger opp et alternativt integrert arrangement for den "flytende" fagverksdel 62 med skinner 64 som også er retningsbestemte i sin konstruksjonsmessige forsterkning og kan orienteres ved installasjonen slik at det oppnås forsterkning av det ettergivende tårn i retningen av de fremherskende kritiske omgivelsesbelastninger, angitt her som EMAKS. Fig. 1G illustrerer tårnet vist på fig. 1F under fartøytransport frem til installasjon. Det trapesformede tverrsnitt har skråstilte skinner/stag som letter utplasseringen av ganske brede tårn ved hjelp av den eksisterende flåte av relativt smale fartøyer 154. Foreløpig analyse av denne type utførelse gir hensiktsmessig stabilitet for den opplastede og ballasterte farkost basert på at oppdriftssenteret 160, tyngepunktet 158 og metasenteret 156 ligger på linje, med tyngepunktet tilstrekkelig langt under metasenteret. The double and concentric high-pressure riser system in the form of a riser string with a double wall and which is shown in fig. 1E is described in more detail in US patent application 167 100 of 20.12.93, and the description in this patent is included here as a reference. Fig. 2 and 2A illustrate another construction for a yielding tower 10A, also in the form of a steel truss tower with a relatively large distance between the legs. However, the tower 10A does not include the elastic truss of the invention and is limited to allowing the risers to pass through conduits and under the support of horizontal struts which are arranged at a relatively small distance over the length of the tower. This known construction was examined at a water depth of the order of 1 km and with a set of control elements at intervals of 20 - 30 m along the tower's extent. Fig. 2A shows a cross-section at a level where there are horizontal support struts, and it is clear that such struts 58 must be used for piping 60 where drive pipe 44A is held in place and supported laterally. Comparison with fig. 1C roughly indicates how much material can be saved with the invention, e.g. in that this only needs to be 66,000 tonnes, while the conventional construction must have approx. 100,000 tonnes of steel material for the corresponding water depth. Both of these quantity calculations included the steel in the foundation. Fig. 1C illustrates another way of saving steel in accordance with this invention. Temporary requirements for the load to be endured during installation, e.g. when relieving tower sections 13 (Fig. 1) from a vessel, this comprising a "floating" truss part 62 with struts 58A and rails 64 to provide reinforcement, alternatively to strengthen the entire structure to be able to absorb such temporary loads when the elastic steel trusses are held horizontally. This support function is somewhat complicated by the fact that the rails 64 can be arranged inboard instead of vertically flush with the corner legs during transport. The narrowed rail spacing facilitates the horizontal transport of a rather wide platform whose sides extend beyond the booms for accessible transport vessels within the usual classes. Furthermore, the structural reinforcement provides advantages during the installation of the tower by orientation so that the truss part 62 will reinforce the elastic tower in the direction of the critical influencing forces which, according to experience, are prevailing at the relevant location for the installation. Fig. 1F and 1G illustrate another alternative embodiment of the truss beam of the invention. Fig. 1G shows a cross-section of a tower 10 whose legs 20 are arranged for a trapezoidal tower cross-section with the least possible number of horizontal struts 58 and with a fairly open triangular area in the middle forming the riser suspension shaft 56 for the risers 44. This builds up an alternative integrated arrangement for the "floating" truss part 62 with rails 64 which are also directional in their structural reinforcement and can be oriented at installation so that reinforcement of the yielding tower is achieved in the direction of the prevailing critical environmental loads, denoted here as EMAKS. Fig. 1G illustrates the tower shown in Fig. 1F during vessel transport until installation. The trapezoidal cross-section has inclined rails/struts which facilitate the deployment of fairly wide towers using the existing fleet of relatively narrow vessels 154. Preliminary analysis of this type of design provides appropriate stability for the loaded and ballasted vessel based on the center of buoyancy 160, the center of gravity 158 and the metacenter 156 is aligned, with the center of gravity sufficiently far below the metacenter.

Som angitt ovenfor er elastiske tårn konstruert for å kunne bevege seg, f.eks. ved svaiing, på kontrollert vis i respons på dynamiske krefter fra omgivelsene, og dette krever at konstruksjonen har egenresonanser (innbefattet harmoniske frekvenser) som ikke sammenfaller med de som kan forventes fra naturen. Fig. 3A og 3B illustrerer skjematisk en grunnsvingebevegelse i form av en svaiing hhv en førsteharmonisk bevegelse (2.ordens svaiing eller piskebevegelse) for et stålfagverk 12, idet det er disse to bevegelsesmønstre som er de viktigste. De høyere ordens bevegelser vil ha tendens til å gi egenresonanser som ligger langt over frekvensen av de påtrykte krefter som følge av vind, bølger og strøm. De fremherskende krefter vil f.eks. i Mexicogulfen gjerne være konsentrert i bølgelengdeområdet 7 - 16 s, og konstruksjonene tilstreber egenresonansperiodetider på under 6 s eller over omkring 22 s. En typisk bølgeperiodefordeling for deler av Mexicogulfen er illustrert grafisk på fig. 4A. Området 70 er det som normalt opptrer, mens området 72 illustrerer forskyvningen i bølgepåtrykk ved kraftige stormer. Fig. 3A viser altså den fundamentelle svaiebevegelse for et stivt legeme, i dette tilfelle et ikke helt stivt dypvannstårn 10. Slik bølgebevegelse vil ha en naturlig karak-teristisk frekvens. En konstruksjon med usymmetrisk respons kan ha mer enn én egengrunnfrekvens for ren svaiing. Utførelsen vist på fig. 1, slik den er analysert i den foreløpige konstruksjon for et bestemt formål til havs, har en typisk svinge- eller svaiemodus hvis periode er 41 s. Denne periodetid er betydelig lengre enn de normale påtrykkskrefter på stedet. Fig. 3 illustrerer skjematisk og sterkt overdrevet virkningen av svaiebevegelse for et stålfagverk 12 i et elastisk tårn 10, og særlig vises hvordan de innspente stigerør 44 vil oppføre seg. Bevegelse av tårnet vil således gi tendens til slakking av enkelte stigerør 44A og ytterligere strekking av andre stigerør 44C, mens en tredje gruppe stigerør 44B ikke vil få nevneverdig annerledes påkjenning enn ved normalt vertikalt tårn. Klaringen mellom stigerørene må kunne opprettholdes selv ved en slik dynamisk bevegelse. Merk gså at variasjonene i stigerørstrekket vil endre den dynamiske respons av de enkelte stigerør, idet analysen derved blir mer komplisert. Et annet observerbart aspekt i denne sammenheng er vinkelutsving i stigerøravslutningene oppe og nede, idet disse avslutninger også kan kalles avgrensningsfiksturer. Fig. 3B illustrerer den andreordens bevegelse som altså kan kalles piske- eller buebevegelse, for et noe elastisk tårn 10. Igjen er det slik at usymmetri kan føre til flere harmoniske frekvenser for den bestemte svingemodus. A unngå egensvingningene ved en slik respons er ofte noe mer av en ingeniørutfordring enn å oppnå en ønsket svaiemodus. Fig. 4B viser generelt i en grafisk oversikt hvordan den påtrykte bølgekraft mot bestemte tårnkonstruksjoner kan settes opp som en bølgeoverføringsfunksjon over et frekvensspektrum. Forholdet er kvalitativt angitt i fig. 4B med kurven 64 for et fast tårn med benavstand 45 m ved vannlinjen, med kurven 66 for et elastisk tårn med tilsvarende vannlinjegeometri, og med kurve 68 for et 80 m bredt stigerørtårn i samsvar med fig. 1. De oppoverrettede tendenser fra de viste "daler" med lav energi i overføringsfunksjonene er angitt ved punktene 64A, 66A og 68A på de enkelte kurver. Kravene til motstandsdyktighet overfor utmatting for hver av disse plattformer øker drastisk for egenresonansfrekvenser over disse punkter, men responsen av denne utførelse av oppfinnelsens fagverkstårn er karakterisert ved en ytterligere "dal" med redusert relativt påtrykt kraft i forhold til et smalere ettergivende tårn. As stated above, elastic towers are designed to be able to move, e.g. by swaying, in a controlled manner in response to dynamic forces from the environment, and this requires that the construction has inherent resonances (including harmonic frequencies) that do not coincide with those that can be expected from nature. Fig. 3A and 3B schematically illustrate a basic swing movement in the form of a sway or a first harmonic movement (2nd order sway or whip movement) for a steel truss 12, as these two movement patterns are the most important. The higher-order movements will tend to produce self-resonances that are far above the frequency of the applied forces as a result of wind, waves and currents. The prevailing forces will e.g. in the Gulf of Mexico tend to be concentrated in the wavelength range 7 - 16 s, and the constructions strive for natural resonance period times of less than 6 s or over about 22 s. A typical wave period distribution for parts of the Gulf of Mexico is graphically illustrated in fig. 4A. Area 70 is what normally occurs, while area 72 illustrates the shift in wave pressure during strong storms. Fig. 3A thus shows the fundamental swaying motion for a rigid body, in this case a not completely rigid deep-water tower 10. Such wave motion will have a natural characteristic frequency. A structure with an asymmetrical response may have more than one natural fundamental frequency for pure sway. The embodiment shown in fig. 1, as analyzed in the preliminary design for a specific purpose at sea, has a typical swing or sway mode whose period is 41 s. This period time is significantly longer than the normal pressure forces on site. Fig. 3 illustrates schematically and greatly exaggerated the effect of swaying movement for a steel truss 12 in an elastic tower 10, and in particular shows how the clamped risers 44 will behave. Movement of the tower will thus tend to slacken individual risers 44A and further stretch other risers 44C, while a third group of risers 44B will not experience significantly different stress than with a normal vertical tower. The clearance between the risers must be able to be maintained even with such a dynamic movement. Note also that the variations in the riser line will change the dynamic response of the individual risers, as the analysis thereby becomes more complicated. Another observable aspect in this context is angular variation in the riser terminations at the top and bottom, as these terminations can also be called boundary fixtures. Fig. 3B illustrates the second-order motion, which can therefore be called a whip or arc motion, for a somewhat elastic tower 10. Again, it is the case that asymmetry can lead to more harmonic frequencies for the particular swing mode. Avoiding the self-oscillations of such a response is often more of an engineering challenge than achieving a desired sway mode. Fig. 4B generally shows in a graphical overview how the applied wave force against certain tower structures can be set up as a wave transfer function over a frequency spectrum. The relationship is qualitatively indicated in fig. 4B with curve 64 for a fixed tower with a leg spacing of 45 m at the waterline, with curve 66 for an elastic tower with corresponding waterline geometry, and with curve 68 for an 80 m wide riser tower in accordance with fig. 1. The upward trends from the low energy "valleys" shown in the transfer functions are indicated at points 64A, 66A and 68A on the individual curves. The fatigue resistance requirements for each of these platforms increase drastically for natural resonance frequencies above these points, but the response of this embodiment of the truss tower of the invention is characterized by a further "valley" of reduced relative applied force compared to a narrower yielding tower.

Kompakt sammensatte slanke tårn med konvensjonelle drivrørstyringer og med smal benføring har vært undersøkt med tanke på mindre stålbruk. Konstruksjonen har imidlertid måttet ta i bruk strukturert stål, og ofte har man i stedet endt opp med behov for spesialstål. Den dynamiske respons for slike tårnkonstruksjoner har gjennomgått nøye analyse og har vist seg å være relativt marginal for store bølgekrefter i resonans i responsen overfor annenordens bevegelse (piskemodus). En ganske nylig utført foreløpig konstruksjon av et slankt tårn med bare 45 mm bredde, og hvor tårnet var beregnet for 1000 m dyp førte til et behov for omkring 125 000 tonn stål i motsetning til de 66 000 tonn den tilsvarende konstruksjon ifølge oppfinnelsen ville kreve. Compactly assembled slender towers with conventional drive tube guides and with narrow leg guidance have been investigated with a view to less steel use. However, the construction has had to use structured steel, and it has often ended up with a need for special steel instead. The dynamic response of such tower structures has undergone careful analysis and has been shown to be relatively marginal for large wave forces in resonance in the response to second-order motion (whip mode). A very recently carried out preliminary construction of a slender tower with a width of only 45 mm, and where the tower was calculated for a depth of 1000 m led to a need for around 125,000 tonnes of steel in contrast to the 66,000 tonnes the corresponding construction according to the invention would require.

En bred benføring har for slike tårn vist seg å være gunstig når det gjelder å bringe resonansfenomenene i piskemodus unna de områder hvor dynamisk forsterkning og tretthetsfenomener blir et problem. Ved å øke bredden av tårnet vil man imidlertid også få bruk for større stålmengde, og selv om denne ulempe godtas vil den dynamiske respons for et slikt elastisk tårn fremdeles kunne vise seg uaksepterbar ved anvendelser med ellers konvensjonelle drivrør, tårnfasiliteter og vannlinjedimensjoner. Et slikt tilfelle er illustrert med kurver 66 på fig. 4B, utført for den foreløpige konstruksjon av det elastiske tårn som er vist på fig. 2. Konstruksjonen gjaldt førti brønner ved omkring 1000 m vanndybde, og konklusjonen var at egensvingningen i piskemodus lå ved omkring 10,6 sekunder, hvorved man kunne frykte dynamisk forsterkning. Se punkt 66B på fig. 4B i forhold til energinivåene på kurve 66. For such towers, a wide leg guide has proven to be beneficial when it comes to bringing the resonance phenomena in whipping mode away from the areas where dynamic amplification and fatigue phenomena become a problem. By increasing the width of the tower, however, a greater amount of steel will be used, and even if this disadvantage is accepted, the dynamic response for such an elastic tower could still prove unacceptable in applications with otherwise conventional drive pipes, tower facilities and waterline dimensions. Such a case is illustrated by curves 66 in fig. 4B, performed for the preliminary construction of the resilient tower shown in FIG. 2. The design concerned forty wells at a water depth of around 1000 m, and the conclusion was that the natural oscillation in whipping mode was around 10.6 seconds, whereby one could fear dynamic amplification. See point 66B on fig. 4B in relation to the energy levels on curve 66.

I kontrast til dette forbedres ifølge oppfinnelsen den dynamiske respons, og dette vil forstås av fig. 3C. Stigerørene 44 er der vist uavhengig av hverandre og uten tilkopling til fagverket 12. Man unngår altså de innvendige stag som støtter rørene, og man får altså ikke deres tilleggsmasse. Dette kan vise seg å ha vesentlig betydning, slik det er demonstrert i eksemplet hvor førti konvensjonelle 30" (762 mm) drivrør ville ha den kombinerte effektive masse på omkring 70 000 tonn, sammenliknbar med vekten av stålet i selve ytterkonstruksjonen av tårnet. Piskemodusresponsen for elastiske tårn er relativt ufølsom for variasjoner i belastning/vekt fra toppen av tårnet, hvilket gir den fordel at stigerørene kan strekke seg hovedsakelig fritt gjennom fagverket og effektivt frakople stigerørenes masse fra den som fastlegger piskemodusresponsen for tårnet 10. In contrast to this, according to the invention, the dynamic response is improved, and this will be understood from fig. 3C. The riser pipes 44 are shown there independently of each other and without connection to the truss 12. The internal struts which support the pipes are thus avoided, and their additional mass is thus not obtained. This can prove to be of significant importance, as demonstrated in the example where forty conventional 30" (762 mm) drive tubes would have a combined effective mass of around 70,000 tonnes, comparable to the weight of the steel in the outer structure of the tower itself. The whip mode response for elastic towers are relatively insensitive to variations in load/weight from the top of the tower, which provides the advantage that the risers can extend essentially freely through the truss and effectively decouple the mass of the risers from that which determines the whip mode response of the tower 10.

Ved at man videre kan unngå drivrørstyringer og de tilhørende tverrliggende stag slik at man kan få et stort fritt indre i tårnet gjør at innkommende bølger lettere vil kunne passere og gi mindre kraftoverføring. Videre gjelder det faktum at et relativt bredt tårn vil få de uunngåelige bølgestøt mot baksiden av konstruksjonen hovedsakelig i motfase med bølgefronten på forsiden, og derved får man i større eller mindre grad en "bølge-kansellering" som virker gunstig på den dynamiske respons hos tårnet ifølge oppfinnelsen. En strategisk plassering av bølgeslagkonstruksjonselementene, f.eks. ved å legge båtdek-kene 38 vist på fig. IA langs yttersiden kan man ytterligere påvirke denne virkning i gunstig retning. Furthermore, by avoiding drive pipe guides and the associated transverse struts so that a large free interior can be obtained in the tower, incoming waves will be able to pass more easily and provide less power transmission. Furthermore, the fact that a relatively wide tower will receive the inevitable wave shocks towards the rear of the structure mainly in antiphase with the wave front on the front, and thereby to a greater or lesser extent a "wave cancellation" is obtained which has a favorable effect on the dynamic response of the tower according to the invention. A strategic placement of the wave impact construction elements, e.g. by placing the boat decks 38 shown in fig. IA along the outer side, this effect can be further influenced in a favorable direction.

Man kan samtidig også forbedre egenskapene med hensyn til tretthetsfenomener. At the same time, one can also improve the properties with regard to fatigue phenomena.

Fig. 4C illustrerer dette i en såkalt "varmpunktsstrekkanalyse" for to ettergivende plattformer med tilsvarende piskemodusperiodetid, nemlig på omkring 8,5 hhv 8,75 s. Beregninger i samsvar med API-forskriftene for tillatelige påkjenninger i spesielt utsatte punkter slik analysen nevnt ovenfor angir, som funksjon av basisskjærkreftene og ved den naturlige piskemodusperiode brukes som indikasjon for den relative utmattingsvirkning for en offshoreplattform. Kurven 102 angir en plattformkonstruksjon som først ble analysert og ikke ga noen bølgekansellering ved at oppfinnelsens prinsipper ikke ble anvendt. Den tillatte punktpåkjenning (AHSS: "Allowable Hot Spot Stress") med hensyn på skjærvirkning er indikert ved skjæringen av denne kurven og piskemodusperioden, dvs i punkt 102A. Sammenlikning med kurven TRCT med skjæringspunktet 104A, indikerer klart at den høyere verdi tillater en lettere konstruksjon. Fig. 4C illustrates this in a so-called "hot spot tensile analysis" for two yielding platforms with corresponding whip mode period time, namely of around 8.5 and 8.75 s respectively. Calculations in accordance with the API regulations for permissible stresses in particularly exposed points as the analysis mentioned above indicates , as a function of the base shear forces and at the natural whip mode period is used as an indication of the relative fatigue effect for an offshore platform. Curve 102 indicates a platform construction that was first analyzed and did not produce any wave cancellation by not applying the principles of the invention. The allowable hot spot stress (AHSS: "Allowable Hot Spot Stress") with regard to shear action is indicated at the intersection of this curve and the whipping mode period, ie in point 102A. Comparison with the curve TRCT with the intersection point 104A clearly indicates that the higher value allows a lighter construction.

Kombineres fordelene med å frakople massen av stigerørene fra den dynamiske respons av tårnet, og fordelene med forbedret bølgekansellering, vil man kunne få en betydelig forbedret dynamisk respons for et elastisk tårn. Sammenlikn responskurvene 68 og 66 på fig. 4B for ellers tilsvarende elastiske tårn. Man merker seg at de stigende bølgekraftresponskurver ved punktene 68A og 66A indikerer tårn med kortere piskeperioder som resonanspåvirkes ved redusert bølgekraft. Combining the advantages of decoupling the mass of the risers from the dynamic response of the tower, and the advantages of improved wave cancellation, one can obtain a significantly improved dynamic response for an elastic tower. Compare the response curves 68 and 66 in fig. 4B for otherwise corresponding elastic towers. It is noted that the rising wave force response curves at points 68A and 66A indicate towers with shorter whipping periods that are resonantly affected by reduced wave force.

Et annet aspekt ved oppfinnelsens foretrukne utførelse antydes ved sammenlikning mellom et dypvannstårn 10 slik det er vist på fig. 1 og et konvensjonelt elastisk tårn 10A med relativt stor bredde, vist på fig. 2 og 2A. Tåmkonstruksjonen vist på fig. 2 ble beregnet å ha en piskemodusrelatert harmonisk frekvens som tilsvarte bølgelengden 10,1 - 10,6 s, i avhengighet av konstruksjonens svingeakse. Perioden ble vurdert å være uaksepterbar siden naturlige omgivelseskrefter nettopp ville kunne forsterkes i harmonisk respons. I motsetning til dette ble det lettvekts bredbente elastiske tårn vist på fig. 1 beregnet for en anvendelse for å ha en betydelig forbedret piskemodusperiode på 8,5 s. Selv om til-fellene ikke er direkte sammenliknbare eller identiske vil prinsippet med å frakople stigerørene fra fagverket gi en betydelig forbedring mht den totale dynamiske respons. Another aspect of the invention's preferred embodiment is suggested by comparison between a deep water tower 10 as shown in fig. 1 and a conventional elastic tower 10A of relatively large width, shown in fig. 2 and 2A. The drain construction shown in fig. 2 was calculated to have a whip mode-related harmonic frequency corresponding to the wavelength 10.1 - 10.6 s, depending on the swing axis of the structure. The period was considered to be unacceptable since natural environmental forces would precisely be amplified in harmonic response. In contrast, the lightweight wide-legged elastic tower shown in Fig. 1 calculated for an application to have a significantly improved whipping mode period of 8.5 s. Although the cases are not directly comparable or identical, the principle of disconnecting the risers from the truss will provide a significant improvement in terms of the overall dynamic response.

Fordelene med oppfinnelsens stigerørstrekktårn for dypt vann er i første rekke illustrert ved hjelp av et elastisk fagverkstårn av stål, men et komplett register av elastiske tårn, innbefattet, men ikke begrenset til: svaietåm, fleksible tårn med innesluttet masse (vann) og flytetårn vil alle kunne nyte godt av oppfinnelsens fordeler. Oppfinnelsen angir også andre forbedringer, innbefattet eliminering av drivrørføringer, økonomiske fordeler ved å ha en bred vannlinjegeometri og fråkopling av produksjonsrørmassen fra den fordelte tåmmasse, idet dette siste bidrar til en gunstig resonansforsky vning i piskemodusen. Videre kan det oppnås andre fordeler, f.eks. ved at stålkvaliteten kan holdes enklere og rimeligere, sett i sammenheng med konvensjonelle faste plattformer som er installert på flere hundre meters dyp, nær grensen for det som er dagens teknikk. The advantages of the deep water riser tension tower of the invention are primarily illustrated by means of a resilient steel truss tower, but a complete register of resilient towers, including but not limited to: sway dams, flexible entrapped mass (water) towers, and floating towers will all could enjoy the benefits of the invention. The invention also indicates other improvements, including the elimination of drive piping, economic advantages of having a wide waterline geometry and decoupling of the production pipe mass from the distributed tailing mass, the latter contributing to a favorable resonance shift in the whipping mode. Furthermore, other benefits can be achieved, e.g. in that the steel quality can be kept simpler and more affordable, seen in the context of conventional fixed platforms that are installed at a depth of several hundred meters, close to the limit of what is current technology.

Videre er fordelene med toppforspente stigerør i dypvannstårnplattformer ikke begrenset til tårn med stor benvidde. F.eks. kan man ha et slankere tårn med stigerør som er hengt opp utenfor selve fagverkskonstruksjonen, og fig. 5 og 5B viser en utførelse av et slikt elastisk tårn 10B. Tårnet er innrettet for å motta støtte for boreoperasjoner fra et hjelpeborefartøy så som et halvt neddykket fartøy 160 som temporært er holdt på plass eller fortøyd til det elastiske tårn 10B for boreoperasjoner. Boringen vil derved utføres ved hjelp av et borerør 162 som føres fra hjelpefartøyet. Brønnen avsluttes og borerøret ersattes av et produksjonsrør 44A som kan overføres til plattformen og festes til denne ved toppfastspenning i et oppheng 164 (fig. 5A). Det brukes ingen konduktor eller konduktorføring, og man har heller ingen opphengssjakt for rørene. I den viste utførelse er opphenget 164 en vippearmrørstrekker som letter overføring av røret og gir avstand mellom de enkelte rør 44A fra tårnets sider. Selv om figuren viser et halvt neddykket fartøy 160 som skyver tårnet 10B til siden med overdrevet utsving er det klart at det ikke er ønskelig å påkjenne fagverket 12A på denne måte, og i stedet kan man bruke et hjelpefartøy av en type som gir utoverragende boredekk for å få bedre flukting og uten at man må presse den øverste del av tårnet til siden. Videre kan det i enkelte tilfeller være ønskelig å tillate at produksjonsrørene har noe kjedelinjeliknende bue i oppoverføringen til opphenget 164 øverst i tårnet. Furthermore, the benefits of top-stressed risers in deepwater tower platforms are not limited to towers with large footprints. E.g. can you have a slimmer tower with a riser that is suspended outside the truss structure itself, and fig. 5 and 5B show an embodiment of such an elastic tower 10B. The tower is arranged to receive support for drilling operations from an auxiliary drilling vessel such as a semi-submerged vessel 160 which is temporarily held in place or moored to the resilient tower 10B for drilling operations. The drilling will thereby be carried out with the help of a drill pipe 162 which is led from the auxiliary vessel. The well is terminated and the drill pipe is replaced by a production pipe 44A which can be transferred to the platform and attached to it by top clamping in a hanger 164 (Fig. 5A). No conductor or conductor guidance is used, and there is also no suspension shaft for the pipes. In the embodiment shown, the suspension 164 is a rocker arm pipe stretcher which facilitates transfer of the pipe and provides distance between the individual pipes 44A from the sides of the tower. Although the figure shows a half-submerged vessel 160 pushing the tower 10B to the side with exaggerated deflection, it is clear that it is not desirable to stress the truss 12A in this way, and instead one can use an auxiliary vessel of a type which provides a protruding drilling deck for to get better flight and without having to push the upper part of the tower to the side. Furthermore, in some cases it may be desirable to allow the production pipes to have a somewhat catenary-like arc in the upward transmission to the suspension 164 at the top of the tower.

Claims

1. Deepwater platform (10) for tension prestressed risers for connection to offshore hydrocarbon wells, comprising: a foundation (16) which is anchored to the seabed (22), tower head equipment (30) above the sea surface, a tower base in trusses which extends vertically and is fixed to the foundation and which carries the tower head equipment (30) and delimits a riser suspension shaft (56) between this and the foundation, and at least one production riser (44) of mainly vertical extent, suspended in the shaft (56) and arranged to provide fluid connection between the wells and the tower head equipment (30), CHARACTERIZED BY: a riser suspension assembly that supports each riser (44) near its upper end to provide the most significant load transfer between each riser and the tower base, whereby each riser is supported in tension.

2. Platform according to claim 1, CHARACTERIZED BY several mainly vertical production risers (44).

3. Platform according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT the tower base has an almost open interior which extends vertically and which allows the risers to be arranged with sufficient mutual clearance to prevent collisions during normal operation.

4. Platform according to claim 3, CHARACTERIZED IN THAT the riser suspension comprises a suspension board (42).

5. Platform according to claim 4, CHARACTERIZED IN THAT the suspension board is supported by a pyramid truss (40) in the upper part of the tower base.

6. Platform according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT it is a fixed, rigid platform.

7. Platform according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT it is an elastic tower with an elastic steel truss (12).

8. Platform according to claim 7, CHARACTERIZED IN THAT: the foundation (16) consists of several piles (14) whose lower end is anchored to the seabed (22), and that the framework (12) further comprises: vertical legs (20), a minimum of horizontal struts (24, 58) connecting the legs, and that the upper end of the piles (14) extends a considerable length above the seabed and is connected to the legs of the framework (12) in a manner which contributes to the elastic response of this.

9. Platform according to one of claims 1 - 8, CHARACTERIZED BY the fact that each riser has an upper end that is connected to the riser suspension, a lower end in direct connection with a hydrocarbon reservoir, and a free-hanging pipe section that passes through the riser suspension shaft (56) from the suspension and to the lower end of the riser.

10. Platform according to one of claims 1 - 9, CHARACTERIZED IN THAT the shaft (56) through which the risers are led extends mainly from the foundation and to the deepwater platform's tower head equipment (30).

11. Platform according to claim 9, CHARACTERIZED IN THAT the shaft (56) through the lower part of the truss (12) constitutes an essentially open interior with a vertical extent and where the risers are arranged with sufficient clearance to avoid collisions during normal operation.

12. Platform according to claims 7-11, CHARACTERIZED IN THAT the risers are arranged externally in relation to the perimeter of the framework (12) and with sufficient clearance to avoid collisions during normal operation.

13. Platform according to claim 12, CHARACTERIZED IN THAT the wells are arranged at a certain distance from the foundation, and that the risers have a chain-like distribution in their essentially vertical tension.

14. Method for reducing the natural period of the harmonic response corresponding to the whipping mode of an elastic tower in deep water, which tower has a mainly vertical steel truss, is attached to a foundation in the seabed, carries a tower head above the sea surface and has several risers which forms a connection between the tower head and several wells in the seabed via a riser pipe stretch, CHARACTERIZED BY: disconnecting the mass of the risers from the steel framework by holding the risers at the top in several suspensions under tension, so that these suspensions thereby provide the most significant load transfer between the risers and the framework, as the risers free spans can freely absorb influencing forces from the outside over the entire length and independently of the framework.

15. Method according to claim 14, CHARACTERIZED IN THAT the pretensioning retention of the riser pipes in the suspensions means that the riser pipes are guided externally in relation to the framework.

16. Method according to claim 14, CHARACTERIZED BY: separation of the free span of the risers inside a riser suspension shaft with sufficient horizontal clearance in an essentially open interior of the truss to prevent collisions between the risers during normal operation and during elastic movement of the elastic tower.

17. Method according to claim 16, CHARACTERIZED BY establishing the elastic truss with a minimum of horizontal struts and without piping for guide or drive pipes.

18. Method according to claim 14, CHARACTERIZED IN THAT the retention of the riser pipes under tensile prestressing comprises: inserting a riser support in the form of a pipe tray, for relief of the riser pipes' axial stress, with rotational movement of the riser pipes being permitted via the riser support, to the upper part of the riser pipe with the relief axial stress, and termination of the upper end of the riser's upper part in a delimiting fixture which is spaced in relation to the riser support and causes the riser's flexibility to increase.