NO311335B1 - Dypvanns-strekkstagsystem for strekkstagplattformer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører offshore-strukturer og særlig strekkstagsplattformer (TLP) for utvinning av dypvanns-hydrokarbonreserver.

Fortøyningselementer, stag eller tjoringer på strekkstagsplattformer er forankret til sjøbunnen. De består vanligvis av stålrør og holdes i strekk av plattformens flyteevne.

Med den gradvise uttømming av landbaserte og grunne undersjøiske und-ergrunns hydrokarbonreservoarer, blir letingen etter ytterligere petroleumsreserver utvidet til dypere og dypere vann. Ettersom dypere reservoarer oppdages, blir i økende grad mer komplekse og sofistikerte produksjonssystemer tatt i bruk. Man an-tar at offshore-utvinning og produksjonsfasiliteter vil måtte sondere dybder på

1500 m eller mer.

En måte å nå disse dybdene på er ved bruk av strekkstagsplattformer. En TLP omfatter en flytende plattform av en halvt nedsenket type forankret til fundamenter på sjøbunnen via elementer eller fortøyningskabler kalt strekkstag, stag eller tjoringer. Strekkstagene holdes i strekk til enhver tid ved å sikre at TLP'ens flyteevne overgår driftsvekten under alle driftsforhold. TLP'ens forankring er etter-givende for sideveis bevegelse ved jag ing og svaiing og for giring. Bevegelse i vertikal retning ved heving, stamping og rulling er stivt begrenset av strekkstagene.

Utvendige flytesystemer kan påsettes stagene, men slike flytesystemers pålitelighet over tid, er usikker. Videre forårsaker økt flyteevne av denne typen en økning i de hydrodynamiske kreftene på stagstrukturen.

TLP'er basert på dagens teknologi anses å være konkurransedyktige ned til 1000 til 1500 m. Over denne dybden, blir tjoringssystemet i økende grad tyngre og dette gjør at det foreskrives en økt plattformsstørrelse for å bære stagvekten. Dette resulterer i en større plattform, noe som har en betydelig effekt på den totale kostnaden.

For en TLP ved 3000 m, representerer et vanlig stagsystem (en tykkelse, en diameter) en vekt som er nesten lik nyttelasten. I tidligere konstruksjoner, har det blitt foreslått å redusere veggtykkelsen ved toppen for å redusere vektøknin-gen.

En løsning for å unngå disse ulempene forbundet med TLP'en, er å modifisere stagsystemet for å redusere behovet for økt skrogstørrelse. Industrien har av-sett en betydelig innsats for å utvikle stagsystemer basert på forskjellige konstruksjoner. Oppfylling av stagrør med materiale med lav densitet, trykksette stagene innvendig for å øke den hydrostatiske evnen og å erstatte ståltstagsrør med kompositter er eksempler på dette.

En annen løsning finnes i NO 1997 3044, som viser en konstruksjon som blir brukt for dybder ned til 700 m, bygd av rørseksjoner med en diameter mellom 0,5 til 1,2 m. Strekkstagets totale oppdrift er ment å være mer eller mindre nøytral. Dette oppnås ved å påsette et tilleggsflytelegeme ved toppen av røret.

NO 1997 3045 viser en sveiseforbindelse på et strekkstag. Publikasjonen viser to rør med forskjellig diametere og veggtykkelser sveiset sammen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å overvinne de ovenfor nevnte mangler og å konstruere stag for TLP'er som reduserer den nødvendige ti I— leggsnyttelasten på plattformen på grunn av stagevekten. Dette formålet oppnås med en TLP definert i de vedlagte krav.

Oppfinnelsen vedrører et stagsystem for TLP'er, med stag som har øvre og nedre rørseksjoner, der stagene har redusert diameter mot sjøbunnen. Oppfinnelsen er et konsept for å modifisere dagens teknologi for dypvannsbruk. Ved å intro-dusere reduksjoner i stagdiameteren, vil de nedre seksjonene av staget mot sjø-bunnen normalt ha negativ oppdrift pga. den betydelige veggtykkelsen som er nødvendig for å motstå det hydrostatiske trykket. De øvre seksjonene kan lettere bli gitt oppdrift ettersom det hydrostatiske trykket er mindre ved toppen. Dette vil bidra til å balansere den totale vekten av de øvre og nedre seksjoner.

Stagrørene er konstruert for å bære strekket fra en plattform bestående av en nominell forspenning pluss en spenningsvariasjon pga. funksjonelle og omgiv-elsesbestemte belastninger. Rørene holdes tomme for å redusere vekten og øke oppdriften. Rørene må ikke bare konstrueres for å motstå lasten påført av plattformen, men også for å motstå det hydrostatiske trykket fra den omgivende sjø. Dette blir mer fremtredende ettersom dybden/det hydrostatiske trykket øker. Ved store dybder (i størrelseorden 1000 m) kan ikke rørene lenger konstrueres med nøytral oppdrift (et forhold mellom tykkelse og diameter på omtrent 30). For å motstå trykket, må forholdet mellom diameter og tykkelse reduseres, hvilket resul-teres i økt last på plattformen.

Hver seksjons tykkelse dimensjoneres i henhold til kapasitet. Det skal også tas i betraktning at stagets vertikale stivhet er kritisk for ytelsen, og det er derfor fordelaktig å opprettholde en rimelig lik stivhet/lengde av hver seksjon.

Reduksjonen av den totale diameteren vil typisk gjøres i trinn, med over-gangsstykker mellom trinnene. Antallet trinn vil være avhengig av lengden av staget/dybden der det skal brukes, etc.

Mellom hver diameter, bærer et overgangsstykke lasten. Dette er en vel-prøvd detalj fra tidligere TLP-bruksområder.

Stagene kan ha en gradvis overgang mellom de øvre og nedre seksjonene i stedet for de ovenfor beskrevne trinn, men det er mindre sannsynlig at slike stag blir brukt ettersom slike stag sannsynligvis vil foreskrive en mer kompleks fremstil-lingsmåte.

Med stag med nær nøytral oppdrift, er reduksjonen av skrogvekt i størrel-sesorden 30% sammenlignet med skrogvekt når det blir brukt stag i henhold til tidligere teknikk. Dette er pga. reduksjon av nødvendig tilleggsnyttelast når det blir brukt stag i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart i større detalj med henvisning til tegningene der

fig. 1 viser en strekkstagsplattform med strekkstag i henhold til den foreliggende oppfinnelsen;

fig. A1 viser de to konseptenes spenningsfordeling, eller stagrørstrekk, der A effektiv spenning over høyde representerer tap;

fig. 2 viser en stagstreng i henhold til oppfinnelsen;

fig. 3 viser et tverrsnitt av en diameter med overgangsstykke; og

fig. 4 viser en optimaliseringstabell der et stags utvendige diameter og veggtykkelse er innført for å vise hvordan oppdrift, stivhet og hydrostatisk mot-standsdyktighet varierer.

I det følgende gis en utførelsesform ved hjelp av det følgende ikke-begren-sende eksempel.

En TLP (4) med ett trinn og to stag (6) og som har to diametere som holder plattformen er vist på fig. 1. Et overgangsstykke (3) mellom diameterne er vist på fig. 3 i detalj. En øvre del av et stag (1) kan ha en diameter på 142 mm og en veggtykkelse på 24,5 mm, mens den øvre delen (2) har en utvendig diameter på 66 mm og en veggtykkelse på 42 mm. Stagene er forankret til fundamenter (5). Et stag med to trinn er vist på fig. 2.

Prøver av ytre variasjoner i belastning, dimensjoner og konfigurasjoner er illustrert i tabell 1. Utførelsesformene antyder en brønnhodeplattform i vest-afrikanske omgivelser. Dekkvekten omfatter fasilitetene, konstruksjonsstålet og driftsbelastninger, innbefattende stigerørsstrekk. Stigerørsstrekk øker med vann-dybden. Skroget og deplassementet er økt for å bære dekklasten og stagets forspenning.

Det tykke stagsystemet representerer det vanlige entykkelsesstaget, som må ha et større forhold mellom diameter og tykkelse, for å motstå det hydrauliske trykket ved bunnen. Det trinndelte stagsystemet representerer oppfinnelsen, der det tillates for reduksjon av stagets forspenning. Dette gjør at det tillates reduksjon i deplassementet og skrogvekten.

Den ovenfor beskrevne utførelsesform bruker stål som konstruksjonsmateri-ale, men oppfinnelsen er også ment å dekke andre materialer, eksempelvis kompositter.

Claims (10)

1. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4), med stag (6) med øvre og nedre rørseksjoner (1,2) karakterisert ved at stagene (6) har en trinnvis reduksjon av diameteren mot sjøbunnen slik at den/de øvre seksjon(er) (1) har positiv oppdrift og slik at den øvre seksjonen/de øvre seksjonene (1) kompenserer for den nedre seksjonens/de nedre seksjonenes (2) vekt i vann.

2. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1, karakterisert ved stag (6) med en økt trykkfasthet ettersom dybden mot sjøbunnen øker.

3. Stagsystem for strekkstagsplattformer med stag (6) som har rør med varierende diameter, karakterisert ved at rørene har en hovedsakelig kontinuerlig reduksjon av diameteren og økt trykkfasthet mot sjøbunnen.

4. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1 eller 3, karakterisert ved at stagsystemet har en vekt i vann nær nøytral.

5. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1, karakterisert ved stag som har rør med minst to trinnvise reduksjoner av diameteren mot sjøbunnen.

6. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1, karakterisert ved stag med rør med minst to trinnvise økninger av veggtykkelsen mot sjøbunnen.

7. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1 eller 3, karakterisert ved øvre seksjoner (1) med redusert veggtykkelse slik at det totale tverrsnittsarealet opprettholdes tilnærmet konstant over høyden.

8. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1 eller 3, karakterisert ved seksjoner laget av stål.

9. Stagsystem for strekkstagsplattformer (4) i henhold til krav 1 eller 3, karakterisert ved seksjoner laget av komposittmateriale.

10. Anvendelse av et stagsystem i henhold til krav 1 på en strekkstagsplattform (4).