NO311336B1 - Halvt nedsenkbar offshore löfteanordning samt en fremgangsmåte for bruk av denne - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører fartøyer for løfting av tung last offshore, <p>g særlig fartøyer for nedlegging av drift av offshore plattformer med et plattformdekk plassert på plattformunderstellsben. En fremgangsmåte for bruk av slike fartøyer er også vedlagt.

Ettersom offshore oljefelt rundt om i verden blir tømt og når ytterligere utnyttelse ikke lenger er lønnsom, vil plattformer måtte nedstenges eller lukkes. Det er foreskrevet fra forskjellige myndigheter at alle plattformer som er blitt tatt ut av service, og som kan fjernes, skal tas på land for fjerning. Noen av overstellene består av flere moduler installert separat. Disse kunne fjernes individuelt i en reversert installeringsprosess. Dette ville foreskrive flere løft ved bruk av kostbare halvt nedsenkbare kranfartøyer inkludert forberedelse og tilpasning.

Studier har vist at 30-50% av kostnadene i forbindelse med plattformfjer-ning er på grunn av støttefunksjoner for offshore-operasjonen. Før fjerning, må det utføres sikkerhetssjekker, intern sjøfastgjøring, fysisk separasjon av forbindelsene og forberedelser av løfteforbindelser. Dette er tidkrevende oppgaver som også innfører behov både for bolig og kantinefasiliteter, kraner og krafttilførsel, og følgelig har fjerning av overstell i enkle løft et potensiale for kostnadsbesparelser.

Ved å løfte et overstell i ett enkelt løft, foreskrives det kun forberedelser for én operasjon. Mye av arbeidet om bord på overstellet, for eksempel separering av modulene, kunne således utføres mye rimeligere på land.

Fartøy med forskjellige konstruksjoner har blitt foreslått med dette formål.

Norsk patent NO 306.385 viser en fremgangsmåte og en transporterings-anordning for bruk i forbindelse med isolasjon eller fjerning av offshore plattformdekk på eller fra plattformunderstell. Plattformdekkene fjernes fra understellet i ett løft og transporteringsanordningen omfatter pongtonger med styrbar oppdrift.

Norsk patentsøknad NO 1983 1997 viser en flyteanordning for løfting og transport av en last, samt en fremgangsmåte for det samme. Et plattformdekk kan fjernes fra et understell i et løft, og transportanordningen omfatter pongtonger med styrbar oppdrift.

Bygging av nye fartøyer er imidlertid forholdsvis kostbart og nødvendiggjør mange marine systemer i tillegg til fabrikeringen av stål.

Samtidig finnes det et stort antall bore-, konstruksjons- og boligfartøyer i opplag som venter på arbeid. Disse er allerede utstyrt med systemer for sikker-het, ballastering, "mooring" (fortøyning), tauing og fremdrift i tillegg til bolig, kanti-ner og store dekksarealer. Disse systemene har også blitt testet, sertifisert og brukt.

Ved å tilknytte en løftestruktur til et eksisterende fartøy, kan kostnadene for et løftings- eller driftsnedleggelsesfartøy reduseres betydelig. Det er ventet at en vekt på mellom 5000 og 10000 tonn med nytt stål kan spares. Det eksisterende fartøyet er relativt rimelig på grunn av den rådende situasjonen i Nordsjøen. Inte-grasjon mellom eksisterende og nye konstruksjoner kan holdes til et minimum for å styre kostnadene.

Å gjøre en løftekonstruksjon egnet for tilknytning til forskjellige fartøy, vil introdusere en tilleggsegenskap ved at dagsratene holdes til et minimum.

Ved å integrere disse ekstra-tjenestene i løftefartøyet vil behovet for ti I— leggsfartøyer under offshore-forberedelser bli begrenset.

Følgelig, vedrørende foreliggende oppfinnelsen et løftefartøy med styrbar oppdrift for løfting av offshore-plattformer plassert på et understell med understellsben, der fartøyet har to, i en langsgående retning, første hovedsakelig parallelle pongtonger og en mellom de to første hovedsakelig parallelle pontongene en ved den ene enden av de første pongtongene, en utadstrekkende tverrgående andre pongtong for forbindelse av de første pongtongene slik at det dannes en første U, to langsgående hovedsakelig parallelle første dekksbjelker og en, ved én ende av de første dekkbjelkené, utad forløpende tverrgående andre dekksbjelker for forbindelse av de første dekksbjelkene for å danne en andre U og søyler som strekker seg mellom den første U-en og den andre U-en slik at det dannes en enhetlig konstruksjon der den første og den andre U-en er hovedsakelig parallelle; der fartøyet er tilpasset til å være fast forbundet til et andre halvt nedsenkbart far-tøy.

Oppfinnelsen vedrører bruk av et eksisterende fartøy, (boring, bolig etc.) sammen med stålenheten eller fartøyet i henhold til oppfinnelsen. Både det eksisterende fartøyet og stål-løfteenheten i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis halvt nedsenkbare.

Stålenheten eller løftefartøyet i henhold til oppfinnelsen med tilstrekkelig styrke og oppdrift til å løfte plattformdekk eller overstell, fastgjøres til dette eksisterende fartøy. Stålenheten omfatter minst to langsgående pongtonger, minst en tverrgående pongton, to eller flere, fortrinnsvis fire, søyler, minst to langsgående dekksbjelker, og minst én tverrgående dekksbjelke. Stålenheten fastgjøres til det eksisterende fartøyet med sine minst to langsgående pongtonger som forlengelser av pongtongene til det eksisterende fartøyet. Pongtongene på enhetene er forbundet slik at det dannes en hovedsakelig U formet pongtong, og de tre dekkbjelkene er forbundet slik at det dannes en hovedsakelig U formet dekksbjelke. De to U formede konstruksjonene blir forbundet med søylene slik at enheten dannes.

Selv om stålenheten fortrinnsvis blir konstruert slik at den kan bære hele vekten av plattformen selv, skal det også vurderes mulighetene av at en lar det eksisterende fartøyet bære noe av lasten. Antallet overganger mellom det eksisterende fartøyet og den nye stålenheten bør holdes til et minimum for å gjøre konstruksjonen enkel.

Ballasteringssystemene, forankringssystemene, kraner, losji, krafttilførsel, lyssystemer, og dekksareal er egenskaper for det eksisterende systemet som kan bli brukt av det sammensatte fartøyet. Dette vil tilveiebringe betydelige reduksjo-ner i forbindelse med kostnader og ressurser sammenlignet med produksjon av et helt nytt fartøy.

På grunn av det eksisterende fartøyets fasiliteter, passer det sammensatte fartøyet for de første forberedelsene nødvendig før løftet gjøres. En gangvei eller bro kan plasseres mellom fartøyet og plattformen som skal fjernes.

Halvt nedsenkbare fartøyer blir brukt på grunn av deres innebygde stabili-tet.

Det er avgjørende for operasjon av fartøyet å opprettholde en stabil eller fast posisjon i forhold til plattformen som skal løftes.

I denne dokkings- og lastoverføringstilstanden finnes det tre forskjellige me-toder for å opprettholde posisjonen.

Den første og foretrukne metoden er å forbinde fartøyet med understellsbena via fleksible forbindelser.

Den fleksible forbindelsen oppnås med et fender-system i henhold til oppfinnelsen. Fender-systemet er fortrinnsvis hydraulisk styrt og er plassert mellom fartøyet og understellsbena på plattformen. Stivheten eller elastisiteten for fenderne styres og optimaliseres for å dempe bevegelsene uten at det påfører skade på understellet. Med dette systemet, kan fartøyet bevege seg fritt i en hovedsakelig vertikal retning. Fendersystemet kan justeres slik at det følger helningen til understellsbena før, under og etter at plattformen har blitt løftet fra understellet.

Hvis fartøyet er forbundet med understellet via en fleksibel forbindelse, må de statiske lastene på grunn av den gjennomsnittlige bølgedrift, vind og strømmer måtte bli overført via forbindelsene.

Forbindelsenes stivhet må være tilstrekkelig myke til å unngå de dynamiske resonanser som påført av stive forbindelser mellom legemene. Hvis forbindelsene er for myke, vil den andre ordens dynamiske resonans i fartøyet øke så mye, at det blir umulig å innrette lastoverføringspunktene for løftefartøyet og overstellet. Den statiske forskyvningen må også kompenseres.

Forbindelsessystemet må også gjøres tilstrekkelig fleksibelt til å imøte-komme varierende drift av løftefartøyet under dokking, via lastoverføring og til av-løfting.

Anvendelse av fleksible forbindelser er en mulig løsning som dekker alle understellstyper for dokking, avløfting og gjennom alle fasene av avløftingsopera-sjonen.

Den andre måten for å opprettholde posisjonen mellom fartøyet og plattformen er med fartøyet fastgjort til understellsbena eller overstellsrammene.

Alle understell er stive konstruksjoner og den dynamiske resonansen styres av stivhet, i motsetning til et fast-"mooret" fartøy som har lav stivhet og der den dynamiske resonansen styres av massen.

I tillegg er understellsstrukturer slanke strukturer, og påføres derfor lave hydrodynamiske krefter. Den naturlige resonansen for disse konstruksjonene strekker seg under drift fra 0,5 - 3,0 sekunder avhengig av overstellets vekt, vanndyb-de, søyler og grunnforhold og antall og avstand mellom bena.

Ved å forbinde et fartøy med et deplasement på 30.000 til 100.000 tonn stivt til understellet under moderate sjøforhold (bølgehøyde av betydning opp til 3 m), vil tillegget i hydrodynamiske krefter være i samme orden som den totale angivende belastningen på understellet inkludert toppsidene.

Økningen i masse (fortrengt masse + tilleggsmasse for løftefartøyet) vil også forandre de naturlige svingefrekvensene for den sammensatte konstruksjonen, med en betydelig økning i den dynamiske resonansen for understellet.

Denne metoden er derfor muligens mindre passende enn den første beskrevne metoden. Det er også tvilsomt om understellet vil være i stand til å motstå de påførte kreftene uten at det kollapser.

Den tredje metoden er ikke å forbinde understellet og fartøyet i det hele tatt, og styre fartøyets posisjon enten ved dynamisk posisjonering, "moorings"-kabler eller taubåter.

Fartøyets stilling er inntil fastoverføringen begynner, kun styrt av sprette ankerlinjer (eller tilknyttet taubåter) eller ved dynamisk posisjonering. Fartøyets bevegelser kan ikke være for store for å posisjonere de respektive lastoverførings-punktene på understellet/overstellet med fartøyet og for å opprettholde stillings-intervallet under hoveddelen av lastoverføringsfasen.

Et fartøy forankret med sprette ankerlinjer har en stivhet i området på 30-40 t/m hvilket betyr at andre ordens bevegelses resonans er mye større enn første ordens bevegelser og den resulterende resonansen er for stor til å utføre operasjonen. Et linebrudd vil også sannsynligvis resultere i katastrofale konsekvenser på grunn av sannsynligheten for kollisjon mellom fartøyet og understellet.

Et fartøy som opprettholder posisjonen ved dynamisk posisjonering vil også ha problemer med å bli drevet innenfor det lille område foreskrevet for posisjonering og lastoverføring. Sannsynligheten for avkjøring og avdrift av DP systemer er svært høy (1,5 - 2,5 x 10"5 pr. DP time) i tillegg vil under lastoverføring mellom understellet og fartøyet, inngangssignalene til datamaskinen som analyserer de eks-terne kreftene bli gale. Dette resulterer i ustabile responser, som igjen gir økt risi-ko for slikt.

Anvendelse av dynamisk posisjonering under fjerning av overstell er følge-lig ansett å være en mindre passende løsning enn den første posisjonerings-systemet.

Fartøyet omfatter også et lastbæresystem som innbefatter løftebjelker, styrbare jekkesystemer, lavfriksjonsputer og et horisontalt lastoverføringssystem. Løfterbjelkene er konstruert for å bli tredd under plattformen som skal løftes, og å strekke seg mellom dekksbjelkene. Jekkene i jekkesystemet er tilknyttet løfte-bjelker og er plassert under de faste delene av plattformen. På alle overstell, er de sterke lastbærende punktene tilstøtende understellsbena. Det er derfor for 4-benede understell tilstrekkelig å løfte overstellene understøttet fra utsiden.

For større understell (12-benede understell) har de fleste overstell ikke tilstrekkelig sterke lastbærende rammer til å overføre hele lasten via de ytre støtte-punktene. Det lastbærende systemet må derfor enten ekstraheres for å overføre lastene via alle understellsstøttepunktene/eller alternativt å forsterke overstellet til å overføre lastene til de ytre punktene. Studier har avslørt at betydelig forsterk-ninger foreskrives for overstell.

Det er følgelig å anbefale støttepunkter tilstøtende alle understellsbena. Jekkesystemet styrer kraften påført de forskjellige delene av plattformen.

Løftebjelkene kan justeres fram og tilbake på dekksbjelkene ved hjelp av et wire-system, hydrauliske motorer eller hydrauliske sylindere.

Putene med lav friksjon plasseres mellom jekkene og plattformen for å hindre horisontale laster på jekkene. Plattformen holdes i den horisontale ret-ningen av det horisontale lastoverføringssystemet.

For å være i stand til å fjerne plattformen eller overstellet fra understellet, er det tilveiebrakt koplingsinnretninger for understellsbena, godt kjent på fagområdet. Koplingselementene omfatter en øvre og en nedre del løsbart forbundet. Den øvre og nedre delen av koplingselementene kan løsgjøres fra hverandre ved å bruke en hvilken som helst passende fremgangsmåte eksempelvis hydraulisk styrt avkutting av bolter, med skjøre elementer/brytepinner eller kiler. Koplingselementene er fastgjort til understellsbena med mekaniske festeinnretninger, sveising eller andre passende fastgjøringsmetoder. Det er en avgjørende egenskap å være i stand til å avskjære eller løsgjøre understellsbenet mellom den øvre og den nedre delen av koplingsinnretningen. Fråkopling av koplingsinnretningen kan set-tes i gang automatisk ved en forhåndsbestemt last, eller manuelt som reaksjon på signalet fra en operator. Formålet er å holde plattformen til understellet inntil alt er klart for avløfting.

En utførelsesform av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegningene der: Figur 1 viser et perspektivriss av et løftende driftsnedleggelsesfartøy i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser et perspektivriss av stålenheten i større detalj; Figur 3 viser et perspektivriss av stålenheten i større detalj som viser et plattformdekk, understellsben, deler av det hydrauliske jekkesystemet og de styrte fenderne; og Figur 4 viser et perspektivriss av et plattformunderstell med koplingsinnretninger tilknyttet understellsbena. Figur 1 viser løftefartøyet 1 for fjerning av plattformer i et løft inkludert et halvt nedsenkbart fartøy 2 som kan være av en borings-, konstruksjons- eller bo-

ligtype (for eksempel en Aker H3). Stålenheten i henhold til oppfinnelsen 3 er tilknyttet det eksisterende halvt nedsenkbare fartøyet for å danne hele løfte- eller driftsnedleggelsesfartøyet 1. Fartøyet 1 kan sørge for offshore-forberedelser, for løfting, losji for personell, krafttilførsel, kraner, ROV støtteoperasjoner og ballastering.

Figur 2 viser stålenheten i henhold til oppfinnelsen med to langsgående pongtonger 4, en tverrgående pongtong 5, fire søyler 6, to langsgående dekksbjelker 7, en tverrgående dekksbjelke 8 og seks løftebjelker 9. Denne enheten kan ha et deplasement på 40.100 tonn og en løfteevne for overstell på 12.000 tonn.

På figur 3 er fartøyet i henhold til oppfinnelsen vist med sitt fendersystem 10 fastgjort til de fire søylene 6. Dekket på plattformen 11 som skal løftes er vist kun som en stålramme for å gjøre den tydeligere. Jekker i et jekkesystem 12 strekker seg mellom løftebjelkene 9 og sterke punkter på plattformen 11. Puter med lav friksjon er plassert mellom jekkene og plattformen 11. Henvisningstall 13 angir lastoverføringssystemet som holder plattformen 11 i en horisontal retning. Understellet med understellsben er vist på figur 4 med koplingselementer 14 forbundet med understellsbena.

Når en plattform skal løftes, manøvreres løftefartøyet under plattformen

som skal løftes ved hjelp av vinsjer og/eller taubåter og er, i en horisontal retning, holdt til understellsbena på plattformen med fendersystemet 10. Fartøyet 1 er fritt til å bevege seg vertikalt. Løftebjelkene 9 båret på plattformdekksbjelkene 7 tres under plattformen 11 og rettes oppover mot sterke punkter på plattformen 11.

Ballast i løftefartøyet 1 pumpes ut og vekten av plattformen 11 bæres av løftefar-tøyet 1. Jekkesystemet 12 styrer lasten på kontaktpunktene mellom fartøyet 1 og plattformen 11. Det horisontale lastoverføringssystemet 13 påføres for å holde plattformen 11. Koplingselementene 14 frakopler så plattformen fra understellet når en forhåndsbestemt last er påført plattformen 11 eller koplingselementene 14 og plattformen løftes av understellet. Plattformen kan nå taues til et sted der den kan overføres til en lekter og ytterligere bli brakt på land med et hvilket som helst system kjent på fagområdet.

Claims (7)

1. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) med styrbar oppdrift for løfting eller driftnedleggelse av offshore-plattformer med et plattformdekk, et understell og understellsben, der konstruksjonen (3) har to langsgående forløpen-de, hovedsakelig parallelle første pongtonger (4) og en tverrgående andre pongtong (5) som strekker seg mellom de to første hovedsakelig parallelle pongtongene (4) ved en ende av de første pongtongene (4) for å forbinde de første pongtongene slik at det dannes en U, to langsgående strekkende hovedsakelig parallelle første dekkbjelker (7) og en tverrgående andre dekksbjelke (8) som strekker seg ved en ende av de første dekksbjelkene (7) for å forbinde den første dekkbjelken for å danne en andre U, karakterisert ved : søyler (6) som strekker seg mellom den første U-en og den andre U-en slik at det dannes en enhetlig konstruksjon der den første U-en og den andre U-en er hovedsakelig parallelle; der fartøyet er tilpasset fast tilknyttes til et andre halvt nedsenkbart fartøy (2) med pongtonger for å danne et komplett løftefartøy (1).

2. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 1, hvori de første pongtongene (4) på løftekonstruksjonen (3) er tilpasset for å danne en forlengelse av pongtongene av det andre halvt nedsenkbare fartøyet (2) når konstruksjonen (3) og fartøyet (2) er forbundet.

3. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 1, omfattende bevegelige, enhetlige løftebjelker (9) som strekker seg mellom de to første dekkbjelkene (7).

4. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 2, hvori de enhetlige løftebjelkene (9) omfatter en eller flere hydrauliske løftesystemer (12) for vertikal løfting med flere løfte-jekker (12) for styrt fordeling av løftekraft.

4. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 4, hvori løftejekkene (12) omfatter en glidende overflate for eliminering av horisontale krefter.

5. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 1, hvori den første og/eller andre dekkbjelken (7, 8) omfatter: horisontale lastoverføringssystemer (13) for å holde et plattformdekk (11) på offshore plattformen (11) som skal løftes.

6. Halvt nedsenkbar offshore løftekonstruksjon (3) i henhold til krav 1, hvori løftekonstruksjonen (3) omfatter: et hydraulisk styrt fendersystem (10) plassert på løftekonstruksjonen mellom løfte-konstruksjonen og der plattformunderstellet skal plasseres, for på en fleksibel måte å holde løftefartøyet (1) in situ, der stivheten eller elastisiteten av fenderne er styrbar og optimaliseres for å dempe bevegelsene uten at det påfører ødeleg-gelse av understellet, og å lar fartøyet (1) bevege seg fritt i en hovedsakelig vertikal retning, der fendersystemet er justerbart slik at det følger helningen av understellsbena før, under og etter at plattformen (11) har blitt løftet fra understellet.

7. Fremgangsmåte for driftsnedleggelse av offshore plattformer med det halvt nedsenkbare offshore løftefartøyet (1) i henhold til krav 1, omfattende følgende trinn: manøvrering av fartøyet under plattformen inntil dekksbjelkene og pongtongene omgir tre sider av plattformen; styring av fendersystemet (10) for å holde fartøyet in situ i forhold til plattformen; innsetting av de bevegelige, enhetlige løftebjelkene (9) under plattformdekket; ballastering av fartøyet for å bevege fartøyet mot plattformen; jekking av jekkeinnretningene til de kommer i kontakt med plattformen; tilknytning av de horisontale lastoverføringssystemene (13) for å holde plattformdekket (11) på offshore plattformen; tilknytning av koplingsinnretninger (14) med en øvre del og en nedre del til understellsbena; kutting av understellsbena mellom den øvre delen og den nedre delen av koplingsinnretningen; ballastering av fartøyet videre for å påføre en løftekraft på plattformen; og kutting av koplingsmidlene (14) når en forhåndsbestemt last er påført koplingsmidlene.