NO314720B1

NO314720B1 - Liquid platform construction for storage of oil and / or condensate produced from an underwater well

Info

Publication number: NO314720B1
Application number: NO20005099A
Authority: NO
Inventors: Arnstein Godejord; Trond Landboe; Kaare D Haereid
Original assignee: Olav Olsen As Dr Techn
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-05-12
Also published as: WO2002030738A1; AU2001294427A1; NO20005099L; NO20005099D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en flytende plattformkonstruksjon før lagring av olje og/eller kondensat som produseres fra en undervannsbrønn. The present invention relates to a floating platform construction prior to the storage of oil and/or condensate produced from an underwater well.

Innen olje- og gassindustrien har det i mange år vært et behov for flytende plattformløsninger. Noen av disse løsninger har kapasitet til lagring av olje, kon- - densat eller andre flytende petroleumsprodukter. Within the oil and gas industry, there has been a need for floating platform solutions for many years. Some of these solutions have the capacity to store oil, condensate or other liquid petroleum products.

Markedet har vært dominert av et oljeplattformkonstruksjon med luft eller olje i tankene (tankbåtprinsippet). Dette systemet er enkelt, men krever at man kompenserer for olje ut og inn av lageret med ballastvann for å opprettholde en noenlunde konstant dypgang. Eventuelt kan man la plattformen ligge med en varierende dypgang. Denne type lager krever at man tilsetter nitrogen til luften i toppen av tankene for å eliminere eksplosjonsfaren. The market has been dominated by an oil platform construction with air or oil in the tanks (the tanker principle). This system is simple, but requires compensating for oil in and out of the storage with ballast water to maintain a fairly constant draft. Alternatively, the platform can be left with a varying draft. This type of storage requires nitrogen to be added to the air at the top of the tanks to eliminate the risk of explosion.

Et alternativt system er brukt i faste plattformer i Nordsjøen, der olje og vann lagres sammen i samme tank (vått lager), og forskjellen i egenvekt gjør at det blir separasjon og olje flyter på toppen av en vannpute. Dette systemet kan også brukes i flytende plattformer med lager og vil kreve mindre ballastering for å opprettholde konstant dypgang, da det er kun forskjellen i egenvekt mellom olje og vann (ca. 0,15 - 0, 2 tonn/m<3>) som det skal kompenseres for. Alternativt kan man også her la plattformen ligge med varierende dypgang, som da typisk, litt avhengig av plattformens utforming, vil variere mindre enn ved bruk av det første nevnte systemet. An alternative system is used in fixed platforms in the North Sea, where oil and water are stored together in the same tank (wet storage), and the difference in specific gravity causes separation and oil floats on top of a water cushion. This system can also be used in floating platforms with storage and will require less ballasting to maintain a constant draft, as it is only the difference in specific gravity between oil and water (approx. 0.15 - 0.2 tonnes/m<3>) that it must be compensated for. Alternatively, here too, the platform can be left with varying draft, which then typically, somewhat depending on the platform's design, will vary less than when using the first mentioned system.

Ved bruk av fleksible stigerør og undervannsbrønner er konstant dypgang ofte mindre viktig, men ved bruk av stive stigerør og brønnhoder på dekk, vil det være veldig viktig at plattformen ligger med mest mulig konstant dypgang. Dette i tillegg til at plattformen beveger seg minst mulig opp og ned, og roterer minst mulig på grunn av bølger. Det å ha brønnhodene på dekk betyr reduserte kostnader til vedlikehold av brønner, og ofte bedre utnyttelse av reservoaret. Det har derfor vært en økende etterspørsel etter slike løsninger rundt omkring i verden de siste årene. When using flexible risers and underwater wells, a constant draft is often less important, but when using rigid risers and wellheads on deck, it will be very important that the platform lies with as constant a draft as possible. This is in addition to the fact that the platform moves up and down as little as possible, and rotates as little as possible due to waves. Having the wellheads on deck means reduced costs for maintaining wells, and often better utilization of the reservoir. There has therefore been an increasing demand for such solutions around the world in recent years.

Riktignok er det kjent anordninger for oppsamlinger av væske, spesielt med tanke på olje og gass som lekker ut fra kilder under vann (blow out situasjoner) som har visse konstruksjonsmessige likhetstrekk med foreliggende oppfinnelse. I den forbindelse vises det til publikasjonene GB 2.071.020 og US 3.653.215. Disse to publikasjonene beskriver konsepter for oppsamling av væske, spesielt med tanke på olje og gass som lekker ut fra kilder under vann. Konstruksjonene ifølge disse to publikasjoner har en åpen bunn. Videre er konstruksjonen ifølge US 3.653.215 ventilert til atmosfære gjennom åpning i toppen. GB 2.071.020 er fortrinnsvis beregnet på oppsamling av gass og denne konstruksjonen er derfor ikke ventilert til atmosfære, men har oppsamling av gass via rør og ventiler i toppen og mulighet for avbrenning av gassen. Dypgangen for et slikt konsept vil variere avhengig av gasstrykket. Oppsamlingen skjer ved plassering av konstruksjonene over lekkasjekilden, og ved å lede olje og gass opp under en flytende konstruksjon som er åpen i bunnen og har vegger og tak. Konstruksjonene ifølge disse to publikasjoner er ikke egnet for lagring av olje. Grunnen til dette er først og fremst fare for forurensning gjennom de åpne bunnene. Admittedly, there are known devices for collecting liquid, especially with regard to oil and gas leaking from sources under water (blow out situations), which have certain structural similarities with the present invention. In this connection, reference is made to publications GB 2,071,020 and US 3,653,215. These two publications describe concepts for liquid containment, particularly with regard to oil and gas leaking from underwater sources. The constructions according to these two publications have an open bottom. Furthermore, the construction according to US 3,653,215 is ventilated to the atmosphere through an opening in the top. GB 2,071,020 is preferably intended for the collection of gas and this construction is therefore not ventilated to atmosphere, but has the collection of gas via pipes and valves at the top and the possibility of burning off the gas. The draft for such a concept will vary depending on the gas pressure. Collection takes place by placing the constructions above the leak source, and by directing oil and gas up under a floating construction that is open at the bottom and has walls and a roof. The constructions according to these two publications are not suitable for storing oil. The reason for this is primarily the risk of contamination through the open bottoms.

De ovenfor beskrevne publikasjoner anvender delvis det samme prinsippet med oppsamling av olje i en tank som foreliggende oppfinnelse, idet disse kommuniserer til sjø i bunnen og er ventilert i toppen. Imidlertid er konstruksjonene ifølge disse publikasjonene beregnet for et helt annet formål enn foreliggende oppfinnelse, og disse kan på ingen måte anvendes i en flytende produksjonsplattform med oljelager og med krav til konstant dypgang på grunn av bruken av stive stigerør og brønnhoder på plattformen. The publications described above partially use the same principle of collecting oil in a tank as the present invention, as these communicate to the sea at the bottom and are ventilated at the top. However, the constructions according to these publications are intended for a completely different purpose than the present invention, and these cannot in any way be used in a floating production platform with oil storage and with requirements for constant draft due to the use of rigid risers and wellheads on the platform.

Som ytterligere eksempel på kjent teknikk på området, kan nevnes US 4.653.960 som viseren langstrakt petroleum-lagertank der olje lagres på toppen av en vannsøyle som fritt kommuniserer med det omgivende sjøvann via en bunnåpning i tanken. Et regulerbart gassvolum over oljen gir positiv oppdrift til tanken som er fast forbundet med sjøbunnen og derved holdes på konstant dybde i sjøen. Et liknende, bunnfast oljelagringssystem er vist i US 4.074.715. As a further example of prior art in the area, US 4,653,960 can be mentioned which shows an elongated petroleum storage tank where oil is stored on top of a water column which freely communicates with the surrounding seawater via a bottom opening in the tank. An adjustable gas volume above the oil gives positive buoyancy to the tank, which is firmly connected to the seabed and is thereby kept at a constant depth in the sea. A similar bottomless oil storage system is shown in US 4,074,715.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en flytende plattformkonstruksjon som ikke vil, eller i liten grad vil, påvirke plattformens dypgang, uavhengig av fyllingsgraden, og uten at man tar i bruk separate ballaste-ringssystemer. For å oppnå målene angitt ovenfor er plattformkonstruksjonen iføl-ge foreliggende oppfinnelse basert på et "passivt" system som medfører at platt-formkonstruksjonens dypgang vil være tilnærmet konstant uavhengig av fyllingsgraden. An aim of the present invention is therefore to provide a floating platform construction which will not, or will to a small extent, affect the platform's draft, regardless of the degree of filling, and without using separate ballasting systems. In order to achieve the goals stated above, the platform construction according to the present invention is based on a "passive" system which means that the draft of the platform construction will be approximately constant regardless of the degree of filling.

Et annet mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en "tett" lagertank som eliminerer fare for at for eksempel olje lekker ut av tanken. Another aim of the invention is to provide a "tight" storage tank which eliminates the risk of, for example, oil leaking out of the tank.

Disse må! oppnås ifølge oppfinnelsen ved en flytende plattformkontruksjon som angitt i krav 1. These must! achieved according to the invention by a floating platform construction as stated in claim 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er utdypet i kravene 2 - 6. Preferred embodiments of the invention are detailed in claims 2 - 6.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares ved hjelp av et utførelseseksempel og med henvisning til den vedføyde tegning, hvor In the following, the invention will be explained with the help of an exemplary embodiment and with reference to the attached drawing, where

Fig. 1 viser en utførelse av en plattformkonstruksjon ifølge oppfinnelsen i en flytende tilstand med fullt lager av olje, Fig. 2 viser plattformkonstruksjonen ifølge fig. 2 med halvfullt lager av olje, og Fig. 3 viser plattformkonstruksjonen i fig. 1 og 2 med tomt lager, dvs. uten olje. Fig. 1 shows an embodiment of a platform construction according to the invention in a liquid state with a full stock of oil, Fig. 2 shows the platform construction according to fig. 2 with a half-full stock of oil, and Fig. 3 shows the platform construction in fig. 1 and 2 with an empty bearing, i.e. without oil.

Med henvisning først til fig. 1 er det vist en flytende plattformkonstruksjon 1 i form av en oppdriftstank 2 som er konstruert slik at den danner en ytre barriere With reference first to fig. 1 shows a floating platform construction 1 in the form of a buoyancy tank 2 which is constructed so that it forms an outer barrier

rundt en lagertank 3 som i fig. 1 er vist med fullt lager av olje. Oppdriftstanken 2 er videre konstruert slik at den bærer plattformkonstruksjonen i en ønsket dypgang, Lagertanken 3 er videre anordnet med et ventilsystem 4 i sitt øvre område og med et kommunikasjonssystem 5 i sitt nedre område. around a storage tank 3 as in fig. 1 is shown with a full stock of oil. The buoyancy tank 2 is further constructed so that it carries the platform structure in a desired draft, the storage tank 3 is further arranged with a valve system 4 in its upper area and with a communication system 5 in its lower area.

Kommunikasjonssystemet 5, som her er vist i form av et rørsystem, strekker seg fra lagertankens bunnområde og munner ut i topp-området av separasjons-tank 6. Eventuelt kan flere separasjonstanker 6 koples i serie. Separasjonstanken 6 er videre i sitt bunnområde anordnet med en eller flere kommunikasjonsåpninger 7 til omgivende sjø. Selve lagertankens 3 kommunikasjon med omgivende sjø vil således være via separasjonstanken 6. Dette vil forhindre faren for at olje lekker ut fra lagertanken 3 og til omgivende sjømiljø. Ventileringssystemet 4 tillater at rommet over oljen i lagertanken 3 er ventilert til atmosfære. Nitrogen kan tilsettes dette rommet for å eliminere eksplosjonsfaren. I fig. 1 er lagertanken 3 vist med fullt lager av olje hvor oljen er lagret ovenpå en vannpute og hvor det over oljen er luft. Oljenivået innen lagertanken 3 vil i denne situasjonen være høyere enn vannstanden utenfor plattformkonstruksjonen. The communication system 5, which is shown here in the form of a pipe system, extends from the bottom area of the storage tank and opens into the top area of the separation tank 6. Optionally, several separation tanks 6 can be connected in series. The separation tank 6 is further arranged in its bottom area with one or more communication openings 7 to the surrounding sea. The communication of the storage tank 3 itself with the surrounding sea will thus be via the separation tank 6. This will prevent the danger of oil leaking out of the storage tank 3 and into the surrounding marine environment. The ventilation system 4 allows the space above the oil in the storage tank 3 to be ventilated to atmosphere. Nitrogen can be added to this space to eliminate the risk of explosion. In fig. 1, the storage tank 3 is shown with a full stock of oil where the oil is stored on top of a water cushion and where there is air above the oil. In this situation, the oil level within storage tank 3 will be higher than the water level outside the platform structure.

I fig. 2 er plattformkonstruksjonen vist med halvfullt lager av olje. Høyden av oljesjiktet er således halvert mens høyden av sjøvannssjiktet og luftsjiktet er øket. Oljenivået innen lagertanken 3 vil også i denne situasjonen være noe høyere enn vannstanden utenfor oljelageret. In fig. 2, the platform construction is shown with a half-full reservoir of oil. The height of the oil layer has thus been halved, while the height of the seawater layer and the air layer has been increased. In this situation, the oil level inside the storage tank 3 will also be somewhat higher than the water level outside the oil storage.

I fig. 3 er plattformkonstruksjonen vist i en situasjon hvor all oljen er pumpet ut av lageret, og erstattet med sjøvann. Plattformkonstruksjonen er nå i en situasjon hvor vannstanden innvendig i lagertanken 3 er lik med vannstanden utenfor og plattformkonstruksjonen holdes flytende med en ønsket dypgang ved hjelp av oppdriftstanken 2. In fig. 3, the platform construction is shown in a situation where all the oil has been pumped out of the storage, and replaced with seawater. The platform structure is now in a situation where the water level inside the storage tank 3 is equal to the water level outside and the platform structure is kept afloat with a desired draft by means of the buoyancy tank 2.

Med henvisning til fig. 1, 2 og 3 kan det ses at plattformkonstruksjonen inntar en konstant dypgang uavhengig av fyllingsgraden. Dette skjer på en "passiv måte" uten bruk av aktiv ballastering ved hjelp av ballastpumper. With reference to fig. 1, 2 and 3, it can be seen that the platform construction adopts a constant draft regardless of the degree of filling. This happens in a "passive way" without the use of active ballasting using ballast pumps.

Plattformkonstruksjonen er konstruert slik at vekten av olje bæres av oppdrift i sjøvannet, og selve plattformen bærer seg selv ved hjelp av oppdriftstanker. Dette oppnås ved at lagertanken 3 kommuniserer med omgivende sjø gjennom separasjonstanken 6. Lageret vil således i prinsippet fungere som om det hadde en The platform construction is constructed so that the weight of oil is carried by buoyancy in the seawater, and the platform itself supports itself with the help of buoyancy tanks. This is achieved by the storage tank 3 communicating with the surrounding sea through the separation tank 6. The storage will thus, in principle, function as if it had a

åpen bunn. Ved vannfylt lager vil altså vannivået innvendig være lik det utvendige vannivået. Ved fylling av olje i lageret vil oljen legge seg ovenpå vannet og presse skillet olje/vann nedover. Ved at lagertanken 3 er koplet til sjø gjennom separasjonstanken 6 vil man således sikre at olje ikke presses ut i sjøen under fylling av lagertanken 3. open bottom. In the case of a water-filled warehouse, the water level inside will therefore be equal to the outside water level. When filling the bearing with oil, the oil will settle on top of the water and push the oil/water separation downwards. By the fact that the storage tank 3 is connected to the sea through the separation tank 6, it will thus be ensured that oil is not pushed out into the sea during filling of the storage tank 3.

Plattformkonstruksjonen kan ha ulik utforming, men prinsippet blir det samme for alle utforminger. Siden vekten av olje ikke skal bæres av plattformkonstruksjonen, må summen av alle vertikaltrykk på elementer i lagertanken være null (eller tilnærmet lik null). Den enkleste formen vil være enn kassekonstruksjon med ett eller flere lagervolum, hver med konstant tverrsnitt over høyden, og med oppdriftstanken plassert rundt lagertankene. En viss del av oppdriftsvolumet må gå gjennom vannlinjen for å oppnå det vannplanareal som kreves for optimale beve-gelser og sikkerhet mot ulykkesfylling av en oppdriftstank. The platform construction can have a different design, but the principle is the same for all designs. Since the weight of oil is not to be supported by the platform structure, the sum of all vertical pressures on elements in the storage tank must be zero (or approximately equal to zero). The simplest form would be than a box structure with one or more storage volumes, each with a constant cross-section over the height, and with the buoyancy tank placed around the storage tanks. A certain part of the buoyancy volume must pass through the waterline to achieve the water plane area required for optimal movements and safety against accidental filling of a buoyancy tank.

Systemet kan også brukes for alternative skrogutforminger som har mer volum under vannlinjen, for redusert bølgerespons. I tilfelle hvor lagervolumet plasseres på ulike nivåer så må forholdet mellom summen av tankarealene kalib-reres for minimalisert variasjon i dypgang på grunn av fyllingsgrad. The system can also be used for alternative hull designs that have more volume below the waterline, for reduced wave response. In the case where the storage volume is placed at different levels, the ratio between the sum of the tank areas must be calibrated for minimized variation in draft due to degree of filling.

Claims

1. Floating platform construction (1) for storing oil and/or condensate produced from an underwater well, comprising at least one storage tank (3) designed to receive produced oil, as well as at least one buoyancy tank (2) designed to carry the weight of the platform construction in liquid state, characterized in that the storage tank (3) at the top and bottom has a free opening to the outside and is arranged in such a way in relation to the buoyancy tank (2) that the storage tank, in the liquid state of the platform structure (1), is partially submerged in the surrounding sea water.

2. Floating platform construction according to claim 1, characterized in that the storage tank (3) is connected to a separation tank (6), possibly several series-connected separation tanks (6) via a communication system (5).

3. Floating platform construction according to claim 2, characterized in that the separation tank (6) is connected to the communication system (5) in its upper area and furthermore the separation tank (6) in its lower area is arranged with one or more communication openings (7) to the surrounding sea.

4. Floating platform construction according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the buoyancy tank (2) is arranged outside the storage tank (3).

5. Floating platform construction according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the buoyancy tank (2) goes through the waterline.

6. Floating platform construction according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the air at the top of the storage tank (3) is supplemented with nitrogen.