NO311926B1 - Plateanker, samt fremgangsmåte for styring av ankeret under dets penetrasjon ned i sjöbunnen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et plateanker med forbindelse til en overflatestruktur via en forankringsline, der forankringslinen forgrener seg til et antall festepunkter på plateankeret, hvilket plateanker er beregnet på hovedsakelig vertikal penetrasjon ned i og endelig forankring i sedimentær sjøbunn, der endelig forankring skjer etter rotasjon av plateankeret fra den hovedsakelige vertikale stilling til en skrå stilling hovedsakelig normalt på forankringslinens belastningsretning.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for aktiv styring av et plateanker som skal penetrere ned i sedimentær sjøbunn, som nærmere angitt i innledningen til det etterfølgende selvstendige fremgangsmåtekrav.

Plateankere blir installert under sjøbunnen til bruk ved forankring av flytende konstruksjoner eller der det ønskes et mothold mot en påført kraft.

Ved leting etter, og produksjon av, olje og gass, er det ofte behov for å forankre flytende konstruksjoner til sjøbunnen. Når sjøbunnens øvre lag består av sedimenter med liten bærekapasitet er det ønskelig å anbringe forankringssystemer i et dypere lag med større bærekapasistet.

Under slike omstendigheter er et alternativ å benytte plateankere som drives ned i sjøbunnen. Plateankerene blir gjerne drevet 10-20 meter ned i bunnen. Plateankrene har et betraktelig areal, typisk 4x4 meter og består av en plate typisk ca. 60mm tykk. Plateankere vil ha en betydelig bærekapasitet mot horisontale og vertikale påførte laster.

Det er nå foreslått en ny fremgangsmåte for styring ved installasjon og utforming av plateankrene for å oppnå en gunstig plassering av ankeret som da kan belastes med en kombinasjon av horisontale og vertikale belastninger. Med denne nye fremgangsmåten kan man langt på vei benytte seg av eksisterende utstyr og klare seg med mindre modifikasjoner av dette.

Vekt påføres plateankeret etter behov. Gravitasjonskraften kan påføres som en kombinasjon av noen eller flere av følgende elementer; egenvekt av gjenstanden, egenvekt av et eller flere styringsrør, klumpvekter og egenvekt av en bunnstruktur. Denne neddrivning av plateankeret i sjøbunnen ved hjelp av passiv gravitasjon er nærmere beskrevet i tidligere inngitt norsk patentsøknad nr. 19994154.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et plateanker av den innledningsvis nevnte type som kjennetegnes ved at en løsbar, stiv kobling er anordnet mellom plateankeret og et kombinert vekt- og styringsrør som er forbundet til plateankerets øvre del, der koblingen løsgjøres mens forbindelsen opprettholdes når plateankeret har nådd forutbestemt dybde i sjøbunnen, og neddrivingen av plateankeret videreføres med det kombinerte vekt- og styringsrør idet en leddet forbindelse er etablert og plateankeret starter sin rotasjon mot nevnte skrå stilling.

I en utførelse av plateankeret er det anordnet spyleorganer i plateankerets nedre parti og spyleorganene står i væskekommunikasjon, fortrinnsvis via det kombinerte vekt- og styringsrør, med en pumpestasjon på overflaten.

Med fordel står spyleorganene i forbindelse med en væskemanifold som forløper i hovedsak horisontalt i plateankerets nedre parti, der væskemanifolden fordeler væsken til de respektive spyleorganer.

Spyleorganene kan være orientert, eller rettet, i flere retninger, så som rett nedad, skrått nedad, rett til siden, skrått oppad og tilnærmet rett oppad og til en eller begge sider av plateankeret.

En væskekanal kan være anordnet på plateankeret. Med fordel forløper væskekanalen i hovedsak vertikalt og står i væskekommunikasjon med spyleorganene i den ene enden og i den andre enden med et rør som forløper opp til pumpestasjonen på overflaten.

I en utførelse kan plateankerets nedre parti være anordnet som et separat tverrgående neseparti som er leddet forbundet til plateankeret, der nesepartiet er styrbart i den hensikt å kunne påvirke retningen til plateankeret under dets penetrasjon ned i sjøbunnen. Dermed vil man kunne styre plateankere gjennom en bue som tillater en kontrollert rotasjon av plateankeret under penetrasjon i sjøbunnen. I denne situasjon vil det være hensiktsmessig å introdusere et ledd mellom ankeret og borestrengen.

I nok en utførelse kan plateankeret innbefatte minst en utfellbar klaff. Med fordel er den minst ene utfellbare klaff anordnet i plateankerets øvre parti og på den ene siden av plateankeret.

Som et tilbehør kan plateankerts forankringsline langs en forutbestemt lengde i den del av linen som skal skjære gjennom de sedimentære sjøbunnlag, innbefatte en tilordnet eller integrert streng med en serie spyleorganer for spylende løsgjøring av de sedimentære lag i det forankringslinen blir strammet og skjæring i de sedimentære lag inntrer.

Som nok et tilbehør kan forankringslinen løpe over et mothold anordnet over sjøbunnen og i horisontal avstand fra plateankeret, i den hensikt å oppnå rotasjon av plateankeret til forutbestemt stilling under penetrasjon av plateankeret ned i sjøbunnen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, som kjennetegnes ved at plateankeret ved ønsket tidspunkt under penetrasjonen ned i sjøbunnen styres til rotasjon mot den skrå stilling ved løsgjøring av en stiv kobling anordnet mellom plateankeret og et kombinert vekt-og styringsrør som er forbundet til plateankerets øvre del, at forbindelsen opprettholdes og neddrivingen av plateankeret videreføres med det kombinerte vekt- og styringsrør idet en leddet forbindelse er etablert og rotasjon av plateankeret inntrer.

Til utøvelse av fremgangsmåten ovenfor kan plateankeret med fordel ha et leddet neseparti, hvilket neseparti kan aktiveres til å bringes ut av plateankerets plan under nedføring av plateankeret i sjøbunnen, hvilket bidrar til ytterligere rotasjon av plateankeret mot den forutbestemte stilling.

Som et ytterligere hjelpemiddel til ankerets rotasjon, kan plateankerets forankringsline strammes over et mothold som er plassert over sjøbunnen og i horisontal avstand fra plateankeret, i det stramming av forankringslinen over motholdet stimulerer rotasjonsbevegelsen av plateankeret.

Det skal forstås at flere funksjoner kan inkorporeres på et anker. Funksjonene som man tar med på et bestemt ankerdesign vil være styrt av feltspesifikke forhold. Det nedenfor beskrevne anker har alle funksjonene inkorporert. En eller flere av funksjonene kan aktivt være med på å styre plateankeret inn i en gitt posisjon.

Andre og ytterligere formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor:

Fig.l viser et plateanker under dets installasjon i sjøbunnen,

Fig.2 viser et sideriss av selve plateankeret i forstørret målestokk,

Fig.3 viser plateankeret under dets rotasjon ved stramming av forankringslinen,

Fig.4-6 viser åtte trinn ved installasjon av plateankeret i følge oppfinnelsen.

Det refereres først til figur 1. Et plateanker 1 skal installeres ved hjelp av penetrasjon

ned i sjøbunnen til en forutbestemt dybde d. Installasjonsutstyret består av en borestreng 3 eller en fleksibel slange tilkobling, en bunnstruktur 2, et styringsrør 4 og en kobling 5. Borestrengen 3 brukes til å kontrollere penetrasjonen ned i sjøbunnen. Bunnstrukturen 2 styrer plateankeret vertikalt ned i sjøbunnen og fungerer som styring for styringsrøret 4 mens plateankeret 1 penetrerer videre ned i sjøbunnen.

Bunnstrukturen 2 er utstyrt med en hengslet bom 8 med en forutbestemt lengdeutstrekning a for å kunne skape en vinkel mellom plateankret 1 og et hovedsakelig vertikalt påført drag i forankringslinen 7. Styringsrøret 4 danner forbindelsen mellom borestrengen 3 og plateankeret 1. Styringsrøret 4 er forbundet til plateankerets øvre parti via en løsbar kobling 5. Koblingen 5 løsgjøres når styrerøret 4 skal trekkes opp fra plateankeret 1 etter at ankeret er satt ned til ønsket dybde.

Koblingen 5 kan omfatte et ledd som enten holdes stivt, for eksempel når plateankeret 1 kun skal drives hovedsakelig vertikalt ned i sjøbunnen eller frigjøres for å tillate en gitt rotasjon av plateankeret 1 under penetrasjonen ned i sjøbunnen. Frigjøringen blir styrt vha trykk som påføres gjennom borestrengen 3. Koblingen 5 gjør det mulig å avlese rotasjon av plateankeret 1 vha et inklinometer som står i forbindelse med overflaten gjennom styringsrøret 4 og borestrengen 3.

Det vises nå til figur 2. På den øvre delen av ankeret 1, på motsatt side av

innfestningspunktene for forankringslinen 6 er det anbrakt klaffer eller flaps 9. Disse vil bli holdt inntil plateankerets 1 hovedplate med en låsemekanisme under neddrivning av plateankeret 1. Når plateankeret 1 har oppnådd sin endelige posisjon løses fiapsene 9 ut i det koblingen 5 løses fra plateankeret 1. Fiapsene 9 vil da kunne hindre at plateankeret blir løftet opp som et resultat av påført strekk i forankringslinen 7.

For å kunne styre plateankeret 1 ut slik at ankeret inntar en delevis horisontal stilling, kan det med fordel innordnes en drivmekanisme 10 slik at den nedre del av plateankeret 1 svinges noe ut i forhold til ankerets 1 hovedplan for derved å danne en aktiv styrefinne 11. Plateankeret 1 vil da kunne bevege seg gjennom en kurve som bringer det inn i en delevis horisontal stilling. For å kunne utføre denne bevegelsen, vil det være hensiktsmessig å løsgjøre den stive forbindelsen mellom styringsrøret 4 og plateankeret 1 slik at forbindelsen skjer gjennom leddet 5. Denne funksjonstransformasjon styres gjennom det trykk som påføres fra overflaten, eventuelt gjennom en forbindelse til bunnstrukturen 2.

På den styrende finnen 11, kan det med fordel anordnes dyser 12. Antall dyser 12 og deres plassering og retning kan optimaliseres avhengig av feltstyrte parametere. Vann sirkuleres fra en pumpestasjon på overflaten og ned gjennom borestrengen 3, styringsrøret 4, manifolden 13 anordnet på plateankeret 1 og ut gjennom dysene 12 plassert på den nedre delen av ankeret 1. Denne sirkulasjonen vil kunne kutte løs sedimenter under ankeret 1 og skape en strømning opp langs plateankeret som vil resultere i en reduksjon av spiss- og sidemotstanden.

En slik geometrisk styring som beskrevet ovenfor og vist i figur 2 kan være noe begrensende når man ønsker en vesentlig rotasjon av plateankeret på en begrenset penetrasjonsdybde. For å øke rotasjonen kan man med fordel skape et mothold gjennom det som senere blir forankringslinen 7. Med denne funksjonen skapes et ytterligere rotasjonsmoment gjennom den påførte nedad rettede kraft i styringsrøret 4 og den oppad rettede kraft i forankringslinen 7. Det er under denne operasjonen ønskelig å ha en så stor vinkel som mulig mellom plateankerets 1 hovedplan og retningen på draget i forankringslinen 7. Denne vinkelen kan med fordel skapes av bommen 8 med den forutbestemte lengde a. For å oppnå det samme, vil det også være mulig å utnytte installasjonsfartøyets lengde. Andre muligheter vil være å bruke et annet fartøy hvorfra forankringslinen 7 er avhengt.

Det er flere alternativer for innfestning av forankringslinen 7 til plateankeret. Den er her indikert som et firepunkts likebenet skrev 6, men andre alternativer kan også med fordel benyttes. Her kan nevnes en stiv trekant knyttet til de to nederste løftepunktene via en aksling. Trekanten er svingt inn mot plateankeret 1 under neddrivning, men vil folde seg ut som en funksjon av strekk i forankringslinen 7. De to øverste øynene er knyttet til toppen av trekanten med ståltau el.l. Det stive skrevet kan med fordel plasseres noe høyere på platen for derved å ta hovedbelastningen, mens ståltauforbindelsene til de øverste løftepunktene kan dimensjoneres for mindre laster, men vil fungere som en stabilisering for ankeret ved trekk i forankringslinen 7.

Det vises nå til figur 3. Ved flere anledninger kan det forefinnes tynne sandlag i de øvre deler av sjøbunnen. Forankringlinen 7 vil da kunne ha problemer med å skjære gjennom slik at ankeret 1 vil kunne bli påført en delevis vertikal kraft gjennom forankringslinen 7 når denne blir strammet opp. Dette kan føre til løft av ankeret 1. For å hindre dette kan forankringslinen 7 påsettes et rør 14 med et dysesystem som er koblet til borestrengen 3 på bunnstrukturen 2 eller direkte til en pumpe på overflaten via en lang slange. Ved å pumpe vann inn i røret 14 vil det bli spylt rundt forankringslinen 7 og inn i sandlagene i sjøbunnen inntil en tilstrekkelig vinkel er etablert mellom plateankeret 1 og forankringslinen 7.

Åtte operasjonstrinn vil nå bli beskrevet med henvisning til fig.4, 5 og 6 som viser fortløpende sekvenser av en penetreringsoperasjon av et plateanker i følge oppfinnelsen.

Den nedenfor beskrevne fremgangsmåte er den primært foretrukne ved installasjon av et plateanker i sedimentær, lagdelt sjøbunn og der man ønsker å sette ankeret med en relativ liten penetrasjon. Færre funksjoner kan være tilstrekkelig under andre forhold. Figurene viser de fortløpende trinn under penetrasjon av et plateanker 1 ved hjelp av et styringsrør 4 til en gunstig (endelig) posisjon av ankeret nede i sjøbunnen. Trinn I er det som er vist helt til venstre i fig. 4 og trinn VIII er det som er vist helt til høyre i Fig. 6. Utstyret blir beskrevet samtidig med at de fortløpende operasjonstrinn blir beskrevet.

Som vist i trinn I, er plateankeret 1 i utgangspunktet koblet til styringsrøret 4 med en fast kobling 5. Ankeret 1 blir drevet rett ned i sjøbunnen med forankringslineskrevet 6 og forankringslinen 7 som følger med ned til en forutbestemt temporær dybde. Avhengig av bunnforholdene vil man sirkulere vann gjennom borestrengen 3, styringsrøret 4 og ut til dysene 12 på plateankerets styrefinne 11.

I trinn II blir nesepartiet av plateankeret 1 svingt ut for å danne en aktiv styrefinne 11. Dette blir kontrollert vha trykket som blir påført via styringsrøret 4. Koblingen 5 som til nå har vært en stiv forbindelse mellom styringsrøret 4 og plateankeret 1, blir aktivert til løsgjøring slik at det nå er etablert et ledd som er delvis fri til å rotere om en horisontal akse. Et alternativ vil være å ha en ekstra styrekabel knyttet mellom bunnstrukturen 2 og plateankeret 1 for å kunne styre denne og andre funksjoner på ankeret 1.

I trinn III blir bommen 8 på bunnstrukturen 2 foldet ut og man påfører et begrenset drag i forankringslinen 7.

I trinn IV fortsetter man å påføre kraft igjennom styringsrøret 4 mens man opprettholder draget i forankringslinen 7. Plateankeret 1 vil nå bevege seg igjennom en bue som et resultat av de påførte rotasjonskrefter. Bevegelsen verifiseres ved avlesning av et inklinometer plassert i koblingen 5 mellom styringsrøret 4 og plateankeret 1. Instrumentet har forbindelse opp til installasjonsfartøyet gjennom en kabel inne i styringsrøret 4.

I trinn V er den nødvendige posisjon av ankeret 1 oppnådd. Koblingen 5 mellom styringsrøret 4 og plateankeret 1 brytes. I det koblingen 5 brytes utløses også de fjærbelastedete fiapsene 9. Disse vil folde ut og forhindre at ankeret 1 beveger seg vertikalt når det påføres kraft i forankringslinen 7. For å restituere sjøbunnen rundt ankeret, er det også en mulighet å suge vakuum igjennom borestrengen 3 for derved å påvirke poretrykket rundt ankeret. Videre er det mulig å injisere betong igjennom borestrengen 3 og ut via dysene 12 på ankeret 1 slik at ankeret 1 vil øke sitt areal og volum. Denne betongen kan evt. tilsettes retarderende midler for derved å øke herdetiden (til f.eks. 48 timer). Dette vil gi tilstrekkelig tid til å stabilisere ankeret i riktig posisjon i forhold til påført drag i forankringslinen 7.

I trinn VI er styringsrøret 4 trukket opp av sjøbunnen og koblingen 5 skrues på slangekoblingen 15 på bunnstrukturen 2. Bunnstrukturen 2 løftes klar av sjøbunnen og fartøyet flyttes i den retning som forankringslinen 7 skal ha.

I trinn VII pumpes det vann gjennom styringsrøret 4, nå koblet til bunnstrukturen 2, og ut til røret 14 som er festet til en seksjon av forankringslinen 7. Det er nå et visst strekk i forankringslinen 7 samtidig som spyling skjer rundt forankringslinen 7. Forankringslinen 7 vil nå kunne grave seg gjennom et evt. sandlag inntil en tilstrekkelig vinkel mellom plateankeret 1 og forankringslinen 7 er oppnådd.

I trinn VITI brytes koblingen mellom styringsrøret 4 og bunnstrukturen 2. Styringsrøret 4 bringes tilbake til et sentrisk hull i bunnstrukturen 2. Bunnstrukturen 2 kan nå heves opp til installasjonsfartøyet. Koblingen mellom røret 14 på en seksjon av forankringslinen 7 brytes som et resultat av at bunnstrukturen 2 løftes opp. Installasjonsfartøyet vil kunne påføre et visst strekk i forankringslinen 7 under nedlegging. Dermed vil forankringslinen 7 skjære seg ned i sjøbunnen. Ved påført fullt strekk i forankringslinen 7 vil plateankeret 1 rotere slik at dette til slutt står 90 grader på den retningen som forankringslinen 7 har og full kapasitet av plateankeret 1 er etablert.

Claims (15)

1. Plateanker (1) med forbindelse til en overflatestruktur via en forankringsline (7), der forankringslinen (7) forgrener seg til et antall festepunkter på plateankeret (1), hvilket plateanker (1) er beregnet på hovedsakelig vertikal penetrasjon ned i og endelig forankring i sedimentær sjøbunn, der endelig forankring skjer etter rotasjon av plateankeret (1) fra den hovedsakelige vertikale stilling til en skrå stilling hovedsakelig normalt på forankringslinens (7) belastningsretning,karakterisert vedat en løsbar, stiv kobling (5) er anordnet mellom plateankeret (1) og et kombinert vekt- og styringsrør (4) som er forbundet til plateankerets (1) øvre del, der koblingen (5) løsgjøres mens forbindelsen opprettholdes når plateankeret (1) har nådd forutbestemt dybde i sjøbunnen, og neddrivingen av plateankeret (1) videreføres med det kombinerte vekt- og styringsrør (4) idet en leddet forbindelse er etablert og plateankeret (1) starter sin rotasjon mot nevnte skrå stilling.

2. Plateanker som angitt i krav 1,karakterisert vedat spyleorganer er anordnet i plateankerets (1) nedre parti og spyleorganene (12) står i væskekommunikasjon, fortrinnsvis via det kombinerte vekt- og styringsrør (4), med en pumpestasjon på overflaten.

3. Plateanker som angitt i krav 2,karakterisert vedat spyleorganene (12) står i forbindelse med en væskemanifold som forløper i hovedsak horisontalt i plateankerets (1) nedre parti, der væskemanifolden fordeler væsken til de respektive spyleorganer (12).

4. Plateanker som angitt i krav 2 eller 3,karakterisertved at spyleorganene (12) er orientert, eller rettet, i en eller flere retninger, så som rett nedad, skrått nedad, rett til siden, skrått oppad og tilnærmet rett oppad og til en eller begge sider av plateankeret (1).

5. Plateanker som angitt i ett av kravene 1-4,karakterisertved at en væskekanal er anordnet på plateankeret (1), hvilken væskekanal forløper i hovedsak vertikalt og står i væskekommunikasjon med spyleorganene (12) og med et rør som forløper opp til pumpestasjonen på overflaten.

6. Plateanker som angitt i ett av kravene 1-5,karakterisertved at plateankerets (1) nedre parti er anordnet som et separat tverrgående neseparti (11) som er leddet forbundet til plateankeret (1), der nesepartiet (11) er styrbart i den hensikt å kunne ytterligere påvirke retningen til plateankeret (1) under dets penetrasjon ned i sjøbunnen.

7. Plateanker som angitt i ett av kravene 1-6,karakterisertv e d at plateankeret (1) innbefatter minst en utfellbar klaff (9).

8. Plateanker som angitt i krav 7,karakterisert vedat den minst ene utfellbare klaff (9) er anordnet i plateankerets (1) øvre parti og på den ene side av plateankeret.

9. Plateanker som angitt i ett av kravene 1-8,karakterisertv e d at forankringslinen (7) langs en forutbestemt lengde i den del av linen som skal skjære gjennom de sedimentære sjøbunnlag, innbefatter en tilordnet eller integrert streng (14) med en serie spyleorganer for spylende løsgjøring av de sedimentære lag i det forankringslinen (7) blir strammet og skjæring i de sedimentære lag inntrer.

10. Plateanker som angitt i ett av kravene 1-9,karakterisertv e d at forankringslinen (7) løper over en bom (8) anordnet over sjøbunnen og i horisontal avstand fra plateankeret (1), i den hensikt å oppnå rotasjon av plateankeret (1) til forutbestemt stilling under penetrasjon av plateankeret (1) ned i sjøbunnen.

11. Fremgangsmåte for aktiv styring av et plateanker som skal penetrere ned i sedimentær sjøbunn, hvilket plateanker står i forbindelse med en overflatestruktur via en forankringsline, der forankringslinen forgrener seg til et antall festepunkter på plateankeret, og plateankeret er beregnet på hovedsakelig vertikal penetrasjon ned i og endelig forankring i sjøbunnen, der endelig forankring skjer etter rotasjon av plateankeret fra den hovedsakelige vertikale stilling til en skrå stilling hovedsakelig normalt på forankringslinens belastmngsretning,karakterisertv e d at plateankeret ved ønsket tidspunkt under penetrasjonen ned i sjøbunnen styres til rotasjon mot den skrå stilling ved løsgjøring av en stiv kobling anordnet mellom plateankeret og et kombinert vekt- og styringsrør som er forbundet til plateankerets øvre del, at forbindelsen opprettholdes og neddrivingen av plateankeret videreføres med det kombinerte vekt- og styringsrør idet en leddet forbindelse er etablert og rotasjon av plateankeret inntrer.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11,karakterisert vedat plateankeret har et leddet neseparti, hvilket neseparti kan aktiveres til å bringes ut av plateankerets plan under nedføring av plateankeret i sjøbunnen, hvilket bidrar til ytterligere rotasjon av plateankeret mot den forutbestemte stilling.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12,karakterisertv e d at plateankerets forankringsline strammes over en bom plassert over sjøbunnen og i horisontal avstand fra plateankeret, idet stramming av forankringslinen over bommen stimulerer rotasjonsbevegelsen til plateankeret.

14. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11-13,karakterisert vedat sjøbunnen rundt forankringslinen og under dens stramming utsettes for spyling for å lette linens skjæring gjennom sjøbunnen.

15. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11-14,karakterisert vedat sjøbunnen rundt plateankeret utsettes for spyling for å minske penetrasjonsmotstanden under neddriving av plateankeret.