NO314717B1 - Offshore oljerigg - Google Patents

Description

OFFSHORE OLJERIGG

Foreliggende oppfinnelse angår en offshore produksjonsplattform, særlig en offshore plattform for oljeproduksjon, av den typen som omfatter et øvre dekk som rager over vannivået og er forbundet med en fullstendig neddykket, hul, nedre basisdel via delvis neddykkede ben som danner oppdriftskammer og rager hovedsakelig vertikalt.

Plattformer av denne typen er kjent som halvt nedsenkbare plattformer. For å gjøre slike plattformer stabile i produk-sjons sti Ilingen tilføres ballast til den nedre basisdelen, for eksempel ved at den fylles med sjøvann. I kjente plattformer er benene utformet som sylindriske søyler med kontinuerlige vegger som i hele høyden avgrenser et lukket rom som danner et oppdriftskammer for plattformen.

Disse plattformer står ikke direkte på sjøbunnen, og de er forankret med forankringsliner. De er således meget følsomme for dønninger i sjøen som bevirker stigende og synkende ver-tikalbevegelser av plattformen. Størrelsen til disse bevegelser kan komme opp i store verdier. Dette fenomenet gjør oljeproduksjon fra plattformen vanskelig.

Som et forsøk på å komme frem til en løsning av dette proble-met har det vært foreslått å forlenge lengden til benene slik at basisdelen er neddykket til større dybder. Resultatet som er oppnådd ved bruk av denne løsningen er ikke fullkomment. og slike plattformer er kompliserte å fremstille og montere. Dessuten er de midlertidig ustabile under montering.

FR-patentsøknad 2 713 588 beskriver en jekkeplattform som omfatter ben utformet som et fagverk av metall i hele høyden. Flottører som inngår i benene muliggjør at plattformen kan gjøres flytende. De er imidlertid ikke beregnet til å minske de vertikale bevegelser av plattformen.

NO 146.898 beskriver en forankret offshorekonstruksjon med svaiekontroll, der et langstrakt rørformet legeme er den primære konstruksjonskomponent i konstruksjonen.

Legemet er todelt; det øvre parti av legemet består av en fagverkskonstruksjon, mens den nedre del huser en flytetank som strekker seg over en vesentlig del av dets lengde.

US 3,837,309 beskriver en anordning for å stabilisere en offshorekonstruksjon, der dekket er forbundet med et opp-driftslegeme via delvis neddykkede "søyler". "Søylene" er videre en fagverkskonstruksjon av metall.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en offshore produksjonsplattform som ikke er særlig følsom for dønninger, og i hvilken lengden av benene som forbinder det øvre dekket med den nedre basisdelen er begrenset.

Oppfinnelsen angår en offshore produksjonsplattform, særlig en offshore oljeproduksjonsplattform, av den ovenfor angitte typen, og som kjennetegnes ved at benene langs den neddykkede høyden omfatter i det minste to suksessive partier, et første parti med kontinuerlige vegger som avgrenser et lukket rom og danner et oppdriftskammer, og et andre parti med åpne sidevegger, idet det indre rommet i dette andre partiet er åpent mot omgivelsene.

I henhold til særskilte utførelser kan oppfinnelsen oppvise ett eller flere av de følgende trekk: - det andre partiet med åpne sidevegger er en fagverkskon-struks jon av metall, - det andre partiet med åpne sidevegger er anordnet mellom det første partiet med kontinuerlige vegger og basisdelen, - det første partiet med kontinuerlige vegger rager i det minste delvis til umiddelbart under dekket, - det første partiet og det andre partiet er slik dimensjonert at trykkraften som utøves mot det første partiet med kontinuerlige vegger i vesentlig grad kompenserer for akselerasjonskraften for plattformen, i et område med vanlige dønningsperioder, - det første og andre partiet er slik dimensjonert at trykkraften og akselerasjonskraften er like for to verdier av dønningsperiode som ligger innen det vanlige området for dønningsperioder, - den minste verdien av dønningsperiode hvor trykkraften og akselerasjonskraften er like er større enn 4 sekunder, - den neddykkede høyden til det andre partiet ligger mellom 1/4 og 3/4 av den samlede neddykede høyden til benet, - den neddykkede høyden til det andre partiet ligger mellom hovedsakelig 0,4 og hovedsakelig 0,65 ganger den samlede neddykkede høyden til benet,

- benene har en generelt sylindrisk ytre form,

- basisdelen omfatter i det minste en åpning som forløper hovedsakelig vertikalt og helt gjennom, - basisdelen er fylt med et fluid som utgjør ballast, særlig med sjøvann, - dekket er slik montert at det kan beveges langs benene, og det er anordnet mekanismer for den innbyrdes bevegelse og sperring av dekket i forhold til benene, - det andre partiet med åpen sidevegg er anordnet mellom to partier med kontinuerlige vegger langs den neddykkede høyden til benene. I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medføl-gende tegninger, hvor; Figur 1 viser et skjematisk oppriss av en oljeplattform i henhold til oppfinnelsen; Figur 2 er et diagram som viser overgangsfunksjonen til en plattform i henhold til kjent teknikk som en funksjon av perioden til dønningen; Figur 3 er et diagram som viser endringen av trykkraft og akselerasjonskraft som utøves mot en plattform i henhold til kjent teknikk som en funksjon av perioden til dønningen;

I Figurene 4 og 5 er det vist lignende diagram som i figur 2 og 3, for en plattform i henhold til oppfinnelsen.

Vist skjematisk i figur 1 er en jekkeplattform av den halvt nedsenkbare typen. Den omfatter hovedsakelig et øvre dekk 1 som rager over vannet når plattformen er i produksjonsstillingen og som er forbundet med en neddykket nedre basisdel 3 ved hj elp av ben 2.

På konvensjonell måte omfatter det øvre dekket tekniske bygninger og boligkvarter, som ikke er vist, samt en bore-åpning og brønnhoder 4.

Dessuten er åpninger 5 dannet gjennom dekket 1 for å mulig-gjøre gjennomføring av benene 2. Hevemekanismer 6 er anordnet rundt åpningene 5 og muliggjør at benene 2 og basisdelen 3 kan senkes og at dekket 1 kan heises opp over vannoverflaten til en høyde som bringer det over rekkevidden til de høyeste bølger. Mekanismene 6 er for eksempel tannstang- og tann-hjul smekanismer, idet tannstengene forløper langs hele lengden av benene 2. Disse mekanismer 6 omfatter dessuten midler for sperring av benene 2 i forhold til dekket 1 for å danne en fast forbindelse mellom benene og dekket.

Benene 2 er for eksempel i et antall på 4, og har en generelt sylindrisk ytre form. I utførelsen vist i figur 1 har de kvadratisk tverrsnitt, men de kan også ha et sirkulært eller trekantet tverrsnitt.

Benene 2 er alle like, og har langs den neddykkede høyden to suksessive partier. Et første øvre parti 10 er utformet av et rør med kontinuerlig vegg lukket ved den nedre enden av en bunn 12. Dette første partiet avgrenser således et lukket rom som er isolert fra de omgivende omgivelser og danner en opp-driftstank for plattformen. Den øvre delen av dette første partiet rager opp over vannivået på begge sider av dekket 1. Den nedre delen rager umiddelbart under dekket 1 og er delvis neddykket.

Det første partiet er forlenget med et andre parti 14 med åpen sidevegg, og det indre av dette andre partiet er åpent mot omgivelsene. Dette andre partiet befinner seg således mellom det første partiet 10 og basisdelen 3, og er for eksempel dannet som en fagverkskonstruksjon av metall. Denne konstruksjonen omfatter fire vertikale metallstaver 16 som er sammenføyd av et fagverk 18 av metallrør.

Det andre partiet er sveiset ved den øvre enden til den nedre enden av partiet 10 og ved den nedre enden til basisdelen 3.

Som vist i figur 1, i produksjonsstillingen, utgjør den neddykkede høyden Zt til det første partiet 10 med kontinuerlig vegg hovedsakelig 1/3 av den samlede, neddykkede høyden Zm til benene 2. Det andre partiet av fagverk er således fullstendig neddykket og forløper i den viste ut-førelsen i hovedsakelig 2/3 av den samlede, neddykkede høyden til benene 2. Generelt ligger den neddykkede høyden til det andre partiet med åpen sidevegg mellom 1/4 og 3/4 av den samlede neddykkede høyden til benene 2.

I praksis viser beregning at den neddykkede høyden til det andre partiet generelt ligger mellom hovedsakelig 0,4 og hovedsakelig 0,65 ganger den samlede neddykkede høyden til benene.

Basisdelen 3 er hul og har kvadratisk, rektangulær eller trekantet generell form. Den er fylt med sjøvann og danner således ballast for hele plattformen. Den kan også omfatte reservoarer i det indre, i hvilke det lagres hydrokarboner. Dessuten forløper en midtre åpning 20 helt gjennom basisdelen. Denne åpningen minsker motstandsflaten mot vannet under vertikale bevegelser av plattformen. Den kan også muliggjøre gjennomføring av boreverktøy.

I stillingen vist i figur 1 flyter plattformen på grunn av den neddykkede delen av de første partier 10 med kontinuerlig vegg. Disse partier utsettes for en trykkraft Fp mot bunnen 12. Trykkraften Fp avhenger av den neddykkede høyden Zt til det første partiet 10.

Den kan som en første approksimasjon uttrykkes ved formelen:

der

Au er arealet til oppdriftsflaten, det vil si arealet til bunnene 12, (J er antall bølger i dønningen og f (t) er nivå-hevingen til den frie overflaten av sjøen som en funksjon av tid.

Dessuten utsettes hele plattformen for en akselerasjonskraft Fa, som hovedsakelig skyldes bevegelsene av vannet og særlig deres virkninger på basisdelen. Denne akselerasjonskraften avhenger av den samlede neddykkede høyden Zm til benene 2. Den kan som første approksimasjon uttrykkes ved formelen:

der

Ki er en konstant for en gitt dønningsperiode og B er summen av massen til basisdelen 3 fylt med vann og den tilførte massen. Den tilførte massen er en fiktiv masse som tar hensyn til virkningen av sjøvannet som omgir basisdelen til plattformen når denne beveges.

De to kreftene Fa og Fp som virker på plattformen er i motsatt fase. Under slike tilstander vil det forstås at det er mulig å dimensjonere det første og andre partiet slik at den neddykkede høyden Zt til partiet 10 er slik at tryk- . kraften Fp som utøves mot det første partiet hovedsakelig kompenserer for akselerasjonskraften Fa til plattformen i det vanlige dønningsperiodeområdet. Dessuten kan dimensjoneringen være slik at for verdier av dønningsperiode som ligger innen det vanlige området for dønningsperioder er disse to krefter like.

For dette formål, ved dimensjonering av plattformen, bestemmes først flyteflaten, det vil si flaten der benene skjærer vannoverflaten, og volumet til basisdelen. Med en konvensjonell stabiltetsberegning bestemmes deretter den samlede neddykkede høyden Zm for benene som skal benyttes.

Den neddykkede høyden Zt til det første partiet med kontinuerlig vegg bestemmes ved å løse ligningen som gjør kreftene Fa og Fp som påvirker plattformen like.

Ved bruk av computersimulering av oppførselen til plattformen fastslås det deretter at de to verdier for dønningsperioden der kreftene Fa og Fp er like, faktisk ligger innen det vanlige området for dønningsperiode. Det fastslås særlig at den minste verdien av dønningsperioden der de to krefter er like, er større enn 4 sekunder.

Dersom dette ikke er tilfellet utføres en ny beregning av høydene Zm og Zt, med en basisdel med et annet volum eller en annen form. Dette skyldes at endring av konstruksjonen til basisdelen, særlig endring av formen, endrer den tilførte massen. På denne måte endres høydene Zm og Zt og likeledes verdien til dønningsperioden der de to krefter Fa og Fp er like.

I figur 2 er vist overgangsfunksjonen for en plattform i henhold til kjent teknikk, det vil si en som har ben dannet av et enkelt, kontinuerlig veggparti som forløper fra basisdelen 3 og til dekket 1, som en funksjon av dønningsperioden T uttrykt i sekunder. Overgangsfunksjonen ved stamping er forholdet mellom amplituden til stampebevegelsen til plattformen og en dønning med en amplitude på 1 meter, idet stampingen er en størrelse som representerer heving og senking ved vertikal bevegelse av plattformen ved påvirkning av dønning-er.

Det vil fremgå av denne kurven at stampingen til plattformen er stor i et område av perioder fra 18 til 28 sekunder. Dette området av perioder tilsvarer de høye verdier av døn-ningsperioder som vanligvis opptrer. Dessuten er stampingen ekstremt stor for dønningsperioder som ligger nær 24 sekunder.

I figur 3 er det vist endringen av trykkraften Fp og endringen av akselerasjonskraften Fa som en funksjon av dønnings-perioden T uttrykt i sekunder for en plattform i henhold til kjent teknikk. Det fremgår av disse kurver at amplitudene til kreftene Fa og Fp for en periode som er mindre enn 28 sekunder, er meget store. Dessuten er avvikene mellom verdiene for kreftene Fa og Fp store. Plattformen utsettes således hovedsakelig for akselerasjonskraften Fa, og dette medfører den store stampingen som vises med kurven i figur 2. For en periode som hovedsakelig er lik 31 sekunder, er verdiene for Fa og Fp hovedsakelig like, hvilket tilsvarer en stamping som hovedsakelig er lik 0 i denne figur.

For plattformen i henhold til oppfinnelsen vist i figur 1 er overgangsfunksjonen vist i figur 4, mens kreftene Fa og Fp er vist i figur 5.

Det fremgår av figur 5, at på grunn av utformingen av benene med to suksessive partier, det ene med kontinuerlige vegger og det andre med åpne sidevegger, er det mulig at verdiene for kreftene Fa og Fp blir liggende meget nær hverandre i et stort område av perioder for dønninger, liggende mellom 0 og 24 sekunder og tilsvarende vanlige dønninger. Dessuten krys-ser kurvene som representerer kreftene Fa og Fp hverandre i to punkter i dette området av verdier, hvilket fysisk, når kreftene er i motsatt fase, tilsvarer en eliminering av den resulterende eksitasjonskraften som påvirker plattformen.

Det fremgår av figur 4 at akselerasjonskreftene Fa og tryk-kreftene Fp kompenserer for hverandre hovedsakelig i hele området av perioder som tilsvarer vanlige dønninger, og at stampingen til plattformen er meget liten. Nærmere bestemt tilsvarer den maksimale stampingen som oppstår i dette området hovedsakelig 1/6 av den maksimale stamping som oppstår for plattformer i henhold til kjent teknikk.

Dessuten går i denne figuren kurven til 0 for to forskjellige perioder T {15,5 sekunder og 23,5 sekunder) og ikke bare for en verdi slik som for kjente plattformer. Disse to null-verdier skyldes de to krysningspunktene mellom kurvene som representerer akselerasjonskraften Fa og trykkraften Fp.

De viste kurver er oppnådd med en plattform med en neddykket høyde Zt for det første partiet 10 med kontinuerlige vegger som er lik 50 meter, idet den samlede neddykkede lengden Zm til benene er lik 140 meter. Volumet til basisdelen er lik 33 000 m<3>, arealet til flyteflaten (summen av arealene til bunnene 12) er lik 841 m<2>. Massen som er tilført plattformen er lik 194 750 tonn.

Som en ikke vist variant er det likeledes mulig, mellom den nedre enden av fagverkspartiene 14 og basisdelen 3, å anbringe partier med kontinuerlige vegger som danner ytter-ligere oppdriftskamre eller lagringskamre for plattformen. Ved slike tilstander er fagverkspartiene 14 anordnet mellom to partier med kontinuerlige vegger langs den neddykkede høyden til benene.

Dessuten er hvilket som helst annet arrangement av suksessive partier mulig ved fremstillingen av benet til plattformen, av hvilke noen har kontinuerlige vegger og andre har åpen sidevegg.

Det vil fremgå at med denne typen plattform er lengden av benene uavhengig av dybden på produksjonsstedet.

Dessuten muliggjør den gode stabiliteten til plattformen montering av brønnhoder på dekket.

Claims (13)

1. Offshore produksjonsplattform, særlig en produksjonsplattform for olje, av typen som omfatter et øvre dekk (1) som rager over vannivået og er forbundet med en hul, nedre basisdel (3) som er fullstendig neddykket, via delvis neddykkede ben (2) som danner et oppdriftskammer og rager hovedsakelig vertikalt, karakterisert ved at benene (2) langs den neddykkede høyden omfatter i det minste to suksessive partier (10, 14), et første parti (10) med kontinuerlige vegger som avgrenser et lukket rom og danner et oppdriftskammer, og et andre parti (14) med åpen sidevegg, idet det indre rommet i dette andre partiet (14) er åpent mot omgivelsene, og at nevnte første parti (10) og nevnte andre parti (14) er slik dimensjonert at trykkraften <FP) som virker mot det første partiet (10) hovedsakelig kompenserer for akselerasjonskraften (Fa) for plattformen i et vanlig område av dønningsperioder.

2. Plattform som angitt i krav 1, karakterisert ved at det andre partiet (14) med åpen sidevegg er en fagverkskonstruksjon (18) av metall.

3. Plattform som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det andre partiet (14) med åpen sidevegg er anordnet mellom det første partiet (10) med kontinuerlige vegger og basisdelen (3).

4. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første partiet (10) med kontinuerlige vegger rager idet minste delvis umiddelbart under dekket (1).

5. Plattform som angitt i krav 4, karakterisert ved at det første og andre partiet er slik dimensjonert at trykkraften (Fp) og akselerasjonskraf ten (Fa) er like for to verdier av dønningsperiode som ligger innen det vanlige området for dønningsperioder.

6. Plattform som angitt i krav 5, karakterisert ved at verdien for den minste dønningsperioden der trykkraften (Fp) og akselerasjonskraf ten (Fa) er like er større enn 4 sekunder.

7 . Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den neddykkede høyden til det andre partiet (14) ligger mellom 1/4 og 3/4 av den samlede neddykkede høyden til benene (2).

8. Plattform som angitt i krav 7, karakterisert ved at den neddykkede høyden til det andre partiet (14) hovedsakelig ligger mellom 0,4 og hovedsakelig 0,65 ganger den samlede neddykkede høyden til benet (2).

9. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at benene (2) har en generelt sylindrisk ytre form.

10. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at basisdelen (3) omfatter i det minste en gjennomgående åpning (20) som er hovedsakelig vertikal.

11. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at basisdelen (30) er fylt med et fluid, særlig sjøvann, som danner ballast.

12. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at dekket (1) er montert forskyvbart langs benene (2), og at det er anordnet mekanismer (6) for forskyvning og sperring av dekket (1) i forhold til benene (2).

13. Plattform som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det andre partiet (14) med åpen sidevegg er anordnet mellom to partier med kontinuerlige vegger langs den neddykkede høyden av benene(2).