NO332120B1

NO332120B1 - Flytende understell

Info

Publication number: NO332120B1
Application number: NO20100538A
Authority: NO
Inventors: Lars Laukeland; Henrik G Hannus; Rolf B Loken
Original assignee: Aker Engineering & Technology
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-06-25
Also published as: WO2011129706A1; BR112012025842B1; US20130032075A1; BR112012025842A2; US8973514B2; NO20100538A1; MX2012011673A; MX338922B; GB2492029B; GB2492029A; GB201218588D0

Abstract

Et understell (8) av dypcaisson-typen med en lengdeakse (O) har et nedre parti (8c) i en vannmasse og et øvre parti (8a) for understøttelse av en plattform (2) over en vannflate (F). Understellet omfatter et utvidet parti (8b) i et område mellom det øvre partiet (8a) og det nedre partiet (8c), hvorved understellets egenperiode i hiv økes. Det utvidede partiet (8b) kan omfatte ett eller flere innvendige lagerkamre (18) og ett eller flere ballastkamre (16).

Description

Oppfinnelsen vedrører en selvstendig flytende senkekasse med relativt stort dyptgående, i bransjen omtalt som "dypcaisson" og "spar", særlig for bruk som understell for plattformer som benyttes i forbindelse med utvinning av hydrokarboner fra undersjøiske formasjoner.

Bakgrunnen for oppfinnelsen

Det finnes en rekke typer av flytende plattformer, som for eksempel bore- og produksjonsskip, strekkstagsplattformer (TLP), halvt nedsenkbare plattformer (semi-submersibles) og såkalte spar-plattformer.

Et eksempel på en strekkstagsplattform (TLP) er vist i US 4 685 833 (Iwamoto). Publikasjonen beskriver et system for bruk på en enkeltstående brønn på havbunnen og som omfatter en basisenhet 11 på havbunnen, et oppdriftslegeme 13 og et forspent stigerørsarrangement 12. Stigerørsarrangementet forankrer oppdriftslegemet med en forspenning til basisenheten.

Et annet eksempel på en strekkstagsplattform (TLP) er vist i NO 316267 (Børseth), som beskriver en fremgangsmåte og en anordning for frembringelse av et stabiliserende moment før en TLP-plattform som er festet og forankret til havbunnen.

US 3 408 821 (Redshaw) beskriver en flytende, ballasterbar søyle.

En spar-plattform har et understell som omfatter i hovedsak en forholdsvis lang, søyleformet, struktur som flyter i en tilnærmet vertikal stilling i vannet, med ett eller flere oppdriftskamre i en øvre del og en stabiliserende vekt i spar-understellets nedre del. En øvre ende av spar-understellet strekker seg over vannlinjen der den bærer en plattform med f.eks. boredekk, prosessanlegg eller lignende. Spar-understellets relativt slanke, langstrakte, form og forholdsvis store dyptgående gjør at denne understellstypen takler hiv-bevegelser bedre (dvs. lengre egenperioder i hiv) enn andre flytende plattformtyper.

Et slik spar-understell er beskrevet i patentpublikasjon US 4 702 321 (Horton). Ytterligere eksempler på understell av spar-typen i ulike varianter er beskrevet i patentpublikasjoner WO 2005/113329 (Horton), US 5 722 797 (Horton), US 4 630 968 (Berthet et al.), US 6 309 141 (Cox et al.), WO 98/29299 (Allen et al.), og US 6 161 620 (Cox et al.).

GB 2 328 408 (Gottsche, et al.) beskriver en plattform med tre oppdriftselementer i form av søyler, sammen bundet av tverrstag, og GB 2 025 330 (Takeyasu, et al.) beskriver en spar-bøye som er festet til et lodd på havbunnen via en kjetting og et demperelement. Videre viser US 6 210 075 (Korloo) et spar-understell med en løst tilknyttet vekt understellets nedre ende.

Plattform med spar-understell er en velprøvd konstruksjon, og benyttes hovedsakelig i havområder med forholdsvis lave bølgeperioder, så som utenfor Malaysia og i den meksikanske golf. I disse farvannene opplever man bølger med typisk periode (Tp) på 13 - 15s for 100-års tilstand.

En designbegrensning for spar-understellet er eksitasjon av hivbevegelse i resonans, og kombinasjonen av hiv- og rull/stampebevegelser for bølger med lang periode. I havområder som f.eks. Nord-Atlanteren er bølgeforholdene vesentlig mer utfordrende enn i den meksikanske golf, og flytende understell som designes for Norskehavet må designes for bølgeperioder (Tp) på mellom 15 og 19s i 100-års tilstand.

Når spar-understellets egenperiode i hiv blir eksitert av bølger, vil det gi uakseptable bevegelser. En annen resonans ligger i koblingen av hiv og rull/stampebevegelser, ofte referert til som Mathieu- instabilitet eller parametrisk eksitasjon. Denne effekten opptrer ved forskjellige sumfrekvenser av hiv og rull/stamp.

Det er derfor behov for et plattformunderstell av spar-typen som er bedre egnet for installasjon i havområder med lange bølger (dvs. høye bølgeperioder), enn hva som er tilfellet med de kjente spar-understellene.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i det selvstendige krav, og de uselvstendige kravene angir andre kjennetegn ved oppfinnelsen.

Det er derfor frembrakt et understell av dypcaisson-typen, med en lengdeakse, for flytende anbringelse i en vannmasse og forsynt med forankringsliner for forankring til en havbunn, idet understellet omfatter et nedre parti i vannmassen forsynt med et vektelement, og et øvre parti for understøttelse av en plattform over en vannflate, kjennetegnet ved at understellet videre omfatter et utvidet parti i et område mellom det øvre partiet og det nedre partiet, der det utvidede partiet omfatter ett eller flere innvendige lagerkamre og ett eller flere ballastkamre, der lagerkamrene er anordnet innenfor, det vil si nærmere understellets lengdeakse enn, ballastkamrene.

Overgangene mellom det utvidede partiet og de henholdsvis øvre nedre partiene er i en utførelsesform trinnformet, med utragende overganger mellom partiene. I en utførelsesform er det utvidete partiet festet til henholdsvis det øvre partiet og det nedre partiet via respektive overganger omfattende skjærplater, hvorved kreftene mellom partiene overføres som skjærkrefter.

Overgangene mellom det utvidede partiet og de henholdsvis øvre nedre partiene er i en utførelsesform avskrådde, med avskrådde overganger mellom partiene.

Det øvre partiet har en utstrekning da normalt på understellets lengdeakse, det utvidede partiet har en utstrekning db normalt på understellets lengdeakse, og det nedre partiet har en utstrekning dc normalt på understellets lengdeakse, og db > da og db > dc. I en utførelsesform er da > dc. I en utførelsesform er db i størrelsesorden (4/3)<*>da.

I en utførelsesform omfatter de nevnte partiene sirkulære tverrsnitt. I en utførelsesform omfatter de nevnte partiene rektangulære eller kvadratiske tverrsnitt.

Det utvidede partiet befinner seg under vannflaten understellet er installert i vannmassen. I en utførelsesform er lagerkamrene lagertanker for olje.

Oppfinnelsen omfatter en forandring av geometrien på øvre del av undervannsskroget, slik at diameteren av en seksjon under vann økes i forhold til resten av skroget. Dette gir økt masse uten å øke stivheten i hiv, men skrogets oppdrift øker og masse i hiv øker, og derved også hiv-perioden. Anordningen ifølge oppfinnelsen øker plattformens egenperiode i hiv og muliggjør dermed bruk av spar-plattformer i Nord-Atlanteren. Skrogets oppdrift og diameter i vannlinjen reduseres, hvilket medfører en reduksjon i vannlinjestivheten som også bidrar til å øke hiv-perioden.

Kort beskrivelse av figurene

Disse og andre karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil bli forklart i den etterfølgende beskrivelse av en utførelsesform av oppfinnelsen, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de medfølgende skjematiske tegningene, der: Figur 1 er viser, sett fra siden, en første utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen; Figur 2a er en snittegning langs linjen A-A i figur 1; Figur 2b er en snittegning langs linjen B-B i figur 1; Figur 3 er en snittegning lang understellets lengdeakse, som angitt ved linjene C-C i figurene 2a og 2b. Figur 4 viser, sett fra siden, en annen utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen; Figur 5 viser, sett i perspektiv og delvis gjennomskåret, en ytterligere utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen; Figur 6 viser, sett i perspektiv og delvis gjennomskåret, en ytterligere utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen; Figur 7 viser hiv-respons RAO (Response Amplitude Operator) som funksjon av bølgefrekvens for et spar-understell ifølge kjent teknikk og for spar-understellet ifølge oppfinnelsen, sammenholdt med et representativt bølgespektrum; Figur 8 viser hiv-respons RAO for et spar-understell ifølge kjent teknikk og for spar-understellet ifølge oppfinnelsen, sammenholdt med et representativt bølgespektrum, for bølgefrekvenser rundt hiv-resonans; og Figur 9 viser ekstremverdier for hiv-respons for sjøtilstander langs en typisk 100-årskontur i Norskehavet.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen

Med henvisning til figur 4, omfatter understellet 8 ifølge oppfinnelsen et øvre parti 8a, et nedre parti 8c, forsynt med et vektelement 10, og et mellomliggende utvidet parti 8b. Understellet omfatter oppdriftselementer og flyter i en vannmasse V, og bærer over vannflaten F en plattform 2, som kan omfatte kjente enheter som boreanlegg, prosessanlegg 4, hjelpesystemer 3 og boligkvarter 1.

Understellet kan forankres til havbunnen (ikke vist) ved hjelp av forankringsliner 12, etc. av kjent type og på en kjent måte. Alternative eller ytterligere forankringsliner 12' er angitt med stiplede linjer.

Det øvre partiet 8a har en første bredde da, det utvidede partiet 8b har en andre bredde db, og det nedre partiet 8c har en tredje bredde dc. Med "bredde" menes i denne sammenheng en utstrekning normalt på understellets lengdeakse, som vist i figurene. I de utførelsesformene som er vist i figurene 1-4 har understellet et sirkulært tverrsnitt, slik at disse nevnte breddene er diametre. For øvrig, som vist i figurene 2a, 2b og 5, kan understellet ifølge oppfinnelsen ha et sirkulært tverrsnitt eller et kvadratisk tverrsnitt. Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til disse tverrsnittsformene.

Det fremgår av figur 4 hvordan det øvre parti 8a har lik diameter som det nedre

parti 8c, dvs. da = dc, og hvordan det utvidede parti 8b har en diameter som er større enn både det øvre og det nedre partiet, dvs. db > d„ og dc. Det er derfor mulig å føre stigerør 14 eller tilsvarende langstrakt element fra installasjoner på havbunnen (ikke vist), inn i det utvidede partiets 8b nedre kant, via en gjennomføring og opp til plattformen 2 langs utsiden av det øvre partiet 8a, som vist skjematisk i figur 4.1 denne varianten kan det øvre partiet 8a og det nedre partiet 8c være tilknyttet hverandre og i praksis være en gjennomgående struktur, gjennom det utvidede partiet 8b, og derved gi en direkte styrkeforbindelse mellom understellets øvre og nedre ender.

Figur 1 viser en variant av understellet ifølge oppfinnelsen der det øvre partiet 8a har en større diameter da enn det nedre partiets 8c diameter dc. Dette muliggjør at stigerøret 14 kan føres innvendig i også det øvre partiet 8a, i tillegg til innvendig i det utvidede partiet 8b som nevnt over. Dette vises bl.a. i snittegningene i figurene 2a, 2b og 3. Disse figurene viser også hvordan det utvidede partiet 8b rommer innvendige tanker 18, som kan benyttes til f.eks. oljelagre. Av sikkerhetsgrunner er disse tankene 18 arrangert sentralt i sylinderen, med ballasttanker 16 radielt utenfor. Lagertanken(e) 18 kan fortrinnsvis plasseres så lavt som praktisk mulig i det utvidede partiet 8b, for å gi et positivt bidrag til plattformes stabilitet.

Overgangene 37 mellom de tre partiene 8a,b,c er i figurene 1-5 vist som stegvise overganger 37. Dette er fordelaktig av produksjonstekniske grunner og av kostnadsgrunner. For å kunne tåle en slik plutselig dimensjonsendring og bære lastene mellom partiene, omfatter overgangene skott 30 som strekker seg mellom det øvre partiet 8a og det utvidede partiet 8b, og mellom det nedre partiet 8c og det utvidede partiet 8b. For et sirkulært tverrsnitt, se figur 2b, er skottene 30 radielle.

Skottene 30 fungerer som skjærplater, idet de overfører kreftene i overgangene som skjærkrefter.

Figur 6 viser en utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen der overgangene mellom det øvre partiet 8a og det utvidede partiet 8b, og mellom det utvidede partiet 8b og det nedre partiet 8c er utformet som avskrådde overganger 32. Slike avskrådde partier 32 skaper mykere overganger mellom partiene og kan erstatte de innvendige skjærplatene 30 omtalt over. Også denne utførelsesformen kan imidlertid også omfatte de ovenfor omtalte innvendige lagertanker 18 og oppdriftskammer 20, selv om disse ikke er vist i figur 6.

Som ett eksempel, kan en utførelsesform av understellet ifølge oppfinnelsen med bæreevne på 20,000 tonn og et olje/kondensat lagertank 18 med et volum på 50,000 fat, ha følgende parametere (se figurene 1, 3 og 4, som er skjematiske og ikke i korrekt målestokk):

Forbedring i hiv-respons er illustrert ved å sammenlikne bevegelser med en klassikk spar i typiske designbølger for Norskehavet. Hiv-bevegelsens RAO-er (Response Amplitude Operator) er vist i figur 7, og viser hvor bølgeenergien er for en typisk designbølge i norskehavet. Den stiplede kurven merket Hcangir et klassisk spar-understell, den heltrukne kurven merket Hjangir understellet ifølge oppfinnelsen, mens den stiplede kurven merket D angir designbølgespekteret. Kurvene viser at begge konseptene vil ha lite respons eksitert av de dominerende bølgefrekvensene. Problemet for det klassiske spar-understellet oppstår i området der hiv-resonans starter og det fortsatt er merkbart med bølgeenergi. Dette området er illustrert i figur 8.

Sammenlikning av resulterende hivbevegelse for relevante bølgeperioder, representert ved sjøtilstander langs 100-år konturlinjen i Norskehavet er vist i figur 9. Det klassiske spar-understellet viser en stor sensitivitet overfor bølgeperiode grunnet eksitasjon av hiv-resonans ved høyere bølgeperioder. Spar-understellet ifølge oppfinnelsen er mye mindre sensitiv overfor bølgeperiode, og det er eksitasjon rundt toppen i bølgespekteret som vil dominere, ikke hiv-resonans, og dette understellet er dermed mye mindre eksponert for Mathieu- instabilitet eller parametrisk eksitasjon mellom hiv og stamp. Et spar-understell av kjent type vil, med sitt lave dempingsnivå i hiv, med overveiende sannsynlighet være ustabil i slike bølger.

Claims

1. Understell (8) av dypcaisson-typen, med en lengdeakse (O), for flytende anbringelse i en vannmasse (V) og forsynt med forankringsliner (12, 12') for forankring til en havbunn, idet understellet omfatter et nedre parti (8c) i vannmassen forsynt med et vektelement (10), og et øvre parti (8a) for understøttelse av en plattform (2) over en vannflate (F), karakterisert vedat understellet videre omfatter et utvidet parti (8b) i et område mellom det øvre partiet (8a) og det nedre partiet (8c); der det utvidede partiet (8b) omfatter ett eller flere innvendige lagerkamre (18) og ett eller flere ballastkamre (16), og der lagerkamrene (18) er anordnet innenfor, det vil si nærmere understellets lengdeakse (O) enn, ballastkamrene (16).

2. Understell ifølge krav 1, der lagerkamrene (18) er lagertanker for olje.

3. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der overgangene mellom det utvidede partiet (8b) og de henholdsvis øvre (8a) nedre (8c) partiene er trinnformet, med utragende overganger (37) mellom partiene.

4. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der det utvidete partiet (8b) er festet til henholdsvis det øvre partiet (8a) og det nedre partiet (8c) via respektive overganger (37) omfattende skjærplater (30), hvorved kreftene mellom partiene overføres som skjærkrefter.

5. Understell ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, der overgangene mellom det utvidede partiet (8b) og de henholdsvis øvre (8a) nedre (8c) partiene er avskrådde, med avskrådde overganger (32) mellom partiene.

6. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der det øvre partiet (8a) har en utstrekning da normalt på understellets lengdeakse, det utvidede partiet (8b) har en utstrekning db normalt på understellets lengdeakse, og det nedre partiet (8c) har en utstrekning dc normalt på understellets lengdeakse, og der db > da og db<>>dc.

7. Understell ifølge krav 6, der da > dc.

8. Understell ifølge krav 6 eller krav 7, der db er i størrelsesorden (4/3)<*>da.

9. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der de nevnte partiene (8a,b,c) omfatter sirkulære tverrsnitt.

10. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der de nevnte partiene (8a,b,c) omfatter rektangulære eller kvadratiske tverrsnitt.

11. Understell ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der det utvidede partiet (8b) befinner seg under vannflaten når understellet er installert i vannmassen.