NO319971B1 - Offshore-plattform for boring etter eller produksjon av hydrokarboner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en plattform for boring etter eller produksjon av hydrokarboner til havs, omfattende et halvt nedsenkbart plattformlegeme som understøtter bore- og/eller produksjonsutstyr på sin øvre overflate, idet plattformlegemet er utformet som en vertikal, i hovedsaken flatbunnet sylinder.

Boring etter eller produksjon av hydrokarboner (olje og gass) ved bruk av flytende enheter er i dag dominert av to ulike typer av enheter, nemlig skipsskrog og halvt nedsenkbare plattformer.

Enheter som er basert på skipsskrog, er kjennetegnet ved stor bæreevne med hensyn til produksjons- eller boreutstyr, og stor lagringskapasitet for olje, drivstoff o. 1. Ulemper med enheter av denne type er avhengighet av retning på miljøkrefter, så som vind, strøm og bølger. Ved miljølaster på tvers av et skip blir ofte krefter på skipet og skipets bevegelser store. For å redusere krefter og bevegelser på et forankret skip, blir det ofte benyttet en "turret" (dreielegeme) som skipet kan dreie rundt. For produksjonsskip medfører dette høye kostnader og det kompliserer overføringer fra stigerør som strekker seg opp fra havbunnen (på grunn av krav til sviveloverføring e.l.).

Enheter som er basert på en halvt nedsenkbar plattform, er kjennetegnet ved små bevegelser og retningsuavhengighet med hensyn til miljøpåkjenninger. Enhetene kan enkelt forankres ved hjelp av et fast ankersystem, og stigerør kan koples direkte til plattformens mottakssystem. Ulemper med de kjente løsninger av denne type er liten bæreevne på dekk og liten lagringskapasitet for olje, drivstoff o.l.

Andre enheter som i den senere tid er introdusert for flytende produksjon, er de såkalte "Spar"-bøyer. Disse enheter omfatter et sylindrisk skrog med oppdrift i en øvre del og ballast i en nedre del. Høyden (og dybden) er vesentlig større enn enhetens største diameter. Et liknende konsept med en stor neddykket sylinderkonstruksjon og en liten diameter i vannplanet har også vært foreslått. Begge disse løsninger, og også et forslag med en konisk neddykket del, er kjennetegnet ved at stabilitet oppnås ved at tyngdepunktet er lavere enn oppdriftssenteret (som for en neddykket flaske). Enheter basert på forenklede skrog, så som en firkantet eller åttekantet, neddykket bokskonstruksjon, har også vært foreslått som mulige løsninger.

Reduserte bevegelser er av stor betydning både for enheter som benyttes til boring og for enheter som benyttes til produksjon. Ved boring er det små toleranser på rulle- og stampebevegelser. Typiske grenseverdier for operasjon er i området 2 til 4 grader. For produksjonsenheter er prosessutstyret følsomt for bevegelser. Effektiviteten av det utstyr som benyttes i dag, blir redusert ved rulle- eller stampe vinkler over 2 til 4 grader. En reduksjon av spesielt rulle- og stampebevegelser er derfor meget viktig for å få en effektiv enhet for boring etter eller produksjon av olje og gass.

En plattform av den innledningsvis angitte type er kjent fra "Field Developement Concepts of the World", 4. utgave, 13. november 2000. Denne publikasjon viser et flatbunnet, sylindrisk plattformlegeme som ved sin nedre ende er forsynt med en periferisk "leppe" som er vist å fastholde stigerør som er ført gjennom leppen, og som også skaffer festepunkter for ankerliner.

US 6 092 483 viser en sylindrisk plattformkonstruksjon av spartypen som utmerker seg ved stort dypgående i forhold til diameteren. Konstruksjonens stabilitet oppnås ved at tyngdepunktet ligger lavere enn oppdriftssenteret.

NO 138 555 viser et halvt nedsenkbart borefartøy med variabelt dypgående. Konstruksjonen omfatter en sentersøyle som utgjør en hovedforbindelse mellom en plattform og en flottørkonstruksjon. Fartøyet oppnår høy stabilitet i høytflytende stilling ved at sentersøylen sammen med stabiliserende sidetårn gir et stort vannlinjeareal. Et stort vannlinjeareal gir konstruksjonen et stort opprettende moment. I nedsenket stilling er det bare sentersøylen som gir et vannlinjeareal, noe som resulterer i en reduksjon av det opprettende moment.

NO 176 706 og US 4 906 139 viser strekkstagplattformer som er festet til havbunnen med stag som utgjør hovedelementene for stabilisering av plattformene. Oppdriftselementet er prinsipielt alltid neddykket i sin helhet, og det foreligger bare en enkel fagverkskonstruksjon over vannflaten. Tyngdepunktet ligger over oppdriftssenteret, idet oppdriftskreftene er balansert med krefter fra strekkstagene. Dette betyr at en slik plattform ville tippe rundt uten strekkstagene.

Det er et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe en offshore-plattform som er konstruert med henblikk på oppnåelse av reduserte rulle- og stampebevegelser, og også redusert hivbevegelse.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik plattform som vil kombinere de positive egenskaper ved enheter basert på skipsskrog og enheter basert på en halvt nedsenkbar plattform.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en plattform som har en enkel konstruksjon og lav byggekostnad, idet plattformen kan bygges ved et normalt utrustet skipsverft og kan konstrueres og bygges etter samme prinsipp som et skip.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en plattform av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at plattform-legemet i den nedre del av sylinderen er forsynt med minst én periferisk rundtgående utsparing som er avgrenset av et ringlegeme under utsparingen, og at plattformlegemets diameter er vesentlig større enn dets dypgående, og oppdriftssenteret til den neddykkede del av plattformen ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt.

Ved å utforme det sylindriske plattformlegeme på den angitte måte, med minst én langs omkretsen forløpende utsparing eller et spor som hensiktsmessig kan ha stort sett horisontale, øvre og nedre sidevegger, oppnås en vesentlig reduksjon av stampe- og rullebevegelser. Dette gunstige resultat oppnås som en følge av fysiske forhold som skal omtales nærmere nedenfor.

Plattformens oppførsel med hensyn til rulle- eller stampebevegelser er relatert til de samme krefter som de som gir rullebevegelse for et skip. Når en bølge kommer inn mot et skipsskrog fra siden, vil bølgehevningen og trykkforholdene nedover i bølgen gi en vertikal kraft oppover der bølgen hever seg, og tilsvarende en redusert trykkraft der bølgen går under middelnivået. Disse krefter gir et rullemoment på skipet. Tilsvarende vil de gi et rullemoment (eller stampemoment) på den foreliggende, sylindriske plattform.

I tillegg til trykkvariasjoner i vannet under en bølge er det også partikkel-bevegelser. Vannpartiklene beveger seg i en ellipsebevegelse som gir både akselerasjoner og hastigheter som varierer over en bølgeperiode. Utsparingen og det ringformede parti av sylinderlegemet under utsparingen vil forstyrre partikkelstrømmen i bølgen. Kantene i overkant og underkant av utsparingen vil skape store virvler i vannmassene som strømmer forbi. Den energi som skal til for å danne virvlene, representerer krefter som virker på konstruksjonen. En tilsvarende effekt oppstår ved den skarpe kant mellom sylinderlegemets bunn og dettes vertikale side. I tillegg vil det ringformede legeme under utsparingen gi en viss strømningsmotstand. De samlede krefter fra virveldannelse og strømningsmotstand vil gi krefter som har en vertikal komponent som virker i motsatt retning av oppdriftskreftene fra bølgehevningen. Forsøk har vist at ved en hensiktsmessig utforming av utsparingen eller utsparingene og de tilhørende ringlegemer, vil kreftene som gir rulle- eller stampebevegelser, bli betydelig redusert.

I tillegg til den ovenfor omtalte, gunstige virkning medfører plattform-konstruksjonen en rekke andre fordeler.

Således vil en sylindrisk plattform ha stor bæreevne med hensyn til produksjons-eller boreutstyr, og stor lagringskapasitet for olje, drivstoff o.l. Plattformen vil være retningsuavhengig med hensyn til miljøpåkjenninger, og den kan forankres med et enkelt, fast forankringssystem. Videre kan stigerør tilkoples direkte til et mottakssystem på plattformen, uten behov for sviveloverføring eller tilsvarende.

Plattformen kan bygges ved et normalt utrustet skipsverft og kan konstrueres og bygges etter samme prinsipp som et skip. I tillegg vil de forskjellige hovedenheter på plattformen effektivt kunne skilles fra hverandre. Plattformens nedre del vil i hovedsaken inneholde tanker for olje, ballast, drivstoff, eventuelle borevæsker etc. På plattformens øvre dekk vil nødvendige installasjoner, så som boligkvarter, maskineri og kraftfor-syning, prosessutstyr og eventuelt boreutstyr, være anordnet i atskilte områder. Den sirkulære eller mangekantede form på sylinderlegemet gir korte avstander mellom ulike typer av utstyr. Dette reduserer lengden og omfanget av rør- og kabel systemer, og vil bidra til å gi en kostnadseffektiv plattform.

Utformingen av plattformen gir mulighet for å bygge inn en høy sikkerhet med hensyn til ulykkesbelastninger, så som f.eks. kollisjoner eller eksplosjoner. Plattformen vil bli bygget med doble sidevegger og dobbel bunn (ballasttanker) som i et skip. Dette gir høy sikkerhet ved eventuelle ulykker og reduserer faren for alvorlige konsekvenser.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et delvis gjennomskåret sideriss av en første utførelse av en plattform ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et grunnriss av plattformen på fig. 1,

fig. 3 og 4 viser tverrsnitt av henholdsvis et sirkulærsylindrisk og et mangekantet plattformlegeme, hvor legemet er forsynt med en sentral, vertikal sjakt,

fig. 5 viser et tverrsnitt av et sirkulærsylindrisk plattformlegeme uten sentral sjakt,

fig. 6 viser et delvis gjennomskåret sideriss av en plattformutførelse som er uten sentral, vertikal sjakt,

fig. 7 og 8 viser liknende sideriss som fig. 1, av plattformer med alternative utførelser av utsparingsarrangementer, og

fig. 9 viser et liknende sideriss som fig. 1, hvor plattformen er forsynt med et boretårn.

På de forskjellige tegningsfigurer er tilsvarende deler og elementer betegnet med samme henvisningstall.

Fig. 1 og 2 viser en plattform 1 omfattende et halvt nedsenkbart plattformlegeme eller skrog 2 som er utformet som en vertikal sylinder med en flat bunn 3. Plattformen flyter i en vannmasse 4. Den nedre del av sylinderen er forsynt med en periferisk fordypning eller utsparing 5 som forløper langs hele omkretsen av sylinderen. I den viste utførelse er utsparingen 5 ved sin overkant avgrenset av en stort sett horisontal sidevegg 6, mens den ved sin underkant er avgrenset av et ringlegeme 7 som er utformet med henblikk på oppnåelse av en ekstra demping av plattformens bevegelser.

Slik som vist i den forstørrede detalj . A på fig. 1, har ringlegemet 7 utad konvergerende over- og undersider som kan være dannet av respektive, ringformede plater 8 og 9 som er festet ved den nedre ende av sylinderlegemet 2. Til ytterkanten av platene 8, 9 er det festet en stort sett vertikal, ringformet, perforert plate 10 med et stort antall hull 11. Platene 8, 9 danner ledeflater for vann som strømmer langs siden av sylinderlegemet 2, slik at en del av vannstrømmen endrer retning og tvinges gjennom hullene i den perforerte plate 10. Dette resulterer i en ytterligere dempning av plattformens bevegelser.

Det viste dempningsarrangement kan varieres på forskjellige måter, f.eks. med hensyn til bredden av platen 10 og dennes avstand fra sylinderlegemet 2. Den sistnevnte avstand er avhengig av bredden og skråstillingen av platene 8 og 9. Platene 8, 9 kan eventuelt være krummet som konkave ledeflater, eller også kombineres eller erstattes med en eneste horisontal plate.

Et liknende dempningsarrangement kan eventuelt også være anordnet ved den øvre kant av utsparingen 5.

I utførelsen på fig. 1 har ringlegemet 7 en ytterdiameter som er stort sett lik diameteren av det sylindriske parti 12 av sylinderlegemet 2 over utsparingen. Videre er det anordnet bare én utsparing. Det kan imidlertid være anordnet mer enn én utsparing, og da eventuelt med forskjellige diametere av de utsparingsavgrensende, ringformede partier av sylinderlegemet, f.eks. som vist på fig. 8.

I den viste utførelse har plattformlegemet 2 sirkulærsylindrisk tverrsnitt, slik det fremgår av fig. 2. Sylinderen kan imidlertid også ha mangekantet tverrsnitt, som vist på fig. 4.

Plattformlegemets diameter D vil være større enn dets dypgående T, og videre vil oppdriftssenteret til den neddykkede del av plattformen ligge lavere enn plattformens tyngdepunkt, som for et skip.

Plattformen er fortrinnsvis tenkt bygget i stål, med oppbygging av styrkeelementer som for et skip. Andre materialer, som f.eks. betong, kan også benyttes.

Plattformen har et øvre dekk 13 som understøtter forskjellige dekksinstallasjoner som er nødvendige på en plattform av den aktuelle type. Som eksempel er det på tegningene bl.a. vist et boligkvarter 14 med et helikopterdekk "H" på toppen, et maskinrom 15, et verksted/lager 16, boreutstyr 17, prosess/lagerområder 18, to kraner 19 og et avbrenningstårn 20.

Som vist på fig. 1, er plattformlegemet 2 forsynt med en dobbel bunn og med doble sidevegger, med henblikk på å redusere skadeomfanget ved en eventuell kollisjon, eller ved en eksplosjon i plattformen. Rommene som er avgrenset av den doble bunn og sideveggene, er oppdelt i et antall ballasttanker 21 (i bunnen) og 22 (i sideveggene).

I senter av sylinderlegemet 2 er det anordnet en vertikal, gjennomgående sjakt eller såkalt "moonpool" 23, for mottak av stigerør eller annet utstyr som benyttes ved oljeproduksjon eller boring.

I plattformlegemet er det videre anordnet et antall tanker 24, på liknende måte som på et skip. Disse tanker kan benyttes for lagring av olje, for ballast eller for lagring av drivstoff eller eventuelle borevæsker som brukes ved boring.

I utførelsen på fig. 1 er plattformen 1 forankret ved hjelp av et antall ankerliner 25. Alternativt kan plattformen holdes i posisjon ved hjelp av dynamisk posisjonering (DP), idet den er forsynt med et aktivt trustersystem (ikke vist) for dette formål.

Fig. 3-5 viser eksempler på mulige tankarrangementer. Innenfor ballasttankene 22 i de doble sidevegger er plattformlegemet 2 vist å være oppdelt i to ringformede tankseksjoner som hver er oppdelt i et antall tanker 24. I utførelsene på fig. 3 og 4 omfatter plattform- eller sylinderlegemet den sentrale sjakt 23, og denne er omgitt av et ringformet rom 26 for tilkomst, og for installasjon av rør, pumper etc. Utførelsen på fig. 5 er uten sentral sjakt, og den sentrale del av sylinderlegemet er her oppdelt i fire rom eller tanker 27.

Fig. 6-8 viser forskjellige utførelser av plattformens dempningsarrangement.

I utførelsen på fig. 6 er sylinderlegemet 2 forsynt med en periferisk utsparing 30 som ved sine øvre og nedre kanter er avgrenset av stort sett horisontale, øvre og nedre sidevegger 31 og 32. Ringlegemet 33 under utsparingen 30 har her samme diameter som det sylindriske parti 12 av plattformlegemet 2 over utsparingen.

Utførelsen på fig. 7 svarer til utførelsen på fig. 6, bortsett fra at ringlegemet 34 under utsparingen 30 har større diameter enn det sylindriske parti 12 over utsparingen.

Fig. 8 viser en utførelse hvor plattformlegemet 2 er forsynt med to periferiske utsparinger 35 og 36 med et mellomliggende, ringformet parti 37. Begge utsparinger 35, 36 er vist å være avgrenset av i hovedsaken horisontale, øvre og nedre sidevegger. Ringlegemet 38 under den nedre utsparing 36 har her samme diameter som det sylindriske parti 12 av plattformlegemet 2 over utsparingen, mens partiet 37 er vist å ha større diameter. Ringlegemet 38 kan imidlertid ha samme diameter som partiet 37, eller eventuelt også større diameter enn dette.

Slik det fremgår av fig. 6-8, er plattformutførelsene ifølge disse figurer ikke forsynt med en sentral, vertikal sjakt.

Fig. 9 viser en plattformutførelse som svarer til utførelsen på fig. 6 med hensyn til dempningsarrangement, men hvor plattformen er forsynt med en sentral, vertikal sjakt 23, og hvor et boretårn 39 er anordnet på plattformdekket over sjakten.

Claims (10)

1. Plattform for boring etter eller produksjon av hydrokarboner til havs, omfattende et halvt nedsenkbart plattformlegeme (2) som understøtter bore- og/eller produksjonsutstyr på sin øvre overflate, idet plattformlegemet (2) er utformet som en vertikal, i hovedsaken flatbunnet sylinder, karakterisert ved at plattformlegemet (2) i den nedre del av sylinderen er forsynt med minst én periferisk rundtgående utsparing (5; 30; 35, 36) som er avgrenset av et ringlegeme (7; 33; 34; 38) under utsparingen, og at plattformlegemets diameter er vesentlig større enn dets dypgående, og oppdriftssenteret til den neddykkede del av plattformen (1) ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt.

2. Plattform ifølge krav 1, karakterisert ved at plattformlegemet (2) har sirkulært tverrsnitt.

3. Plattform ifølge krav 1, karakterisert ved at plattformlegemet (2) har mangekantet tverrsnitt.

4. Plattform ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at ringlegemet (7) har over- og undersider som er dannet av utad konvergerende flater (8, 9), idet en i hovedsaken vertikal, ringformet, perforert plate (10) er festet til ringlegemets (7) ytterkant.

5. Plattform ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at utsparingen (30) eller utsparingene (35, 36) ved sine øvre og nedre kanter er avgrenset av i hovedsaken horisontale, øvre og nedre sidevegger (31, 32).

6. Plattform ifølge krav 5, karakterisert ved at sylinderpartiet (34) under utsparingen (30) har en diameter som er større enn plattformlegemets (2) diameter over utsparingen.

7. Plattform ifølge krav 5, karakterisert ved at plattformlegemet (2) er forsynt med flere periferiske utsparinger (35, 36), hvor de ringformede partier (37, 38) som avgrenser utsparingene, har forskjellige diametere.

8. Plattform ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at plattformlegemet (2) er forsynt med en sentral, vertikal sjakt (23), for opptak av stigerør eller annet bore- eller produksjonsutstyr.

9. Plattform ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at plattformlegemet (2) omfatter et antall tankseksjoner omfattende tanker (24) for lagring av olje, ballast eller andre væsker.

10. Plattform ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at plattformlegemet (2) er forsynt med en dobbel bunn og med doble sidevegger, idet rommene som er avgrenset av den doble bunn og sideveggene, er oppdelt i et antall ballasttanker (21, 22).