NO334367B1 - Flyttbar bærekonstruksjon for plassering på en bunn - Google Patents

Abstract

En flyttbar bærekonstruksjon for plassering på en bunn (5), omfattende en nedre del (1) og en øvre del (2) som samvirker med den nedre del (1), hvor den nedre del (1) er designet til å hvile på bunnen (5) og til å anta en posisjon som er bestemt av tilstanden i bunnen (5), og den øvre del (2) har en første og en annen posisjon, hvor, i den første posisjon, den øvre del (2) er fritt opphengt over den nedre del (1), og, i den annen posisjon, den øvre del (2) hviler på den nedre del (1), hvilket opprettholder en forhåndsbestemt invariant posisjon, hvor, i den annen posisjon, den nedre del (1) og den øvre del (2) er i linjekontakt, hvilket bestemmer en kontaktlinje som danner i det minste et parti av en lukket linje.

Description

Oppfinnelsen vedrører en flyttbar bærekonstruksjon for plassering på en bunn.

En slik bærekonstruksjon brukes f.eks. som en havbunnsreaksjonsmasse ved gjennomføring av en geoteknisk undersøkelse fra ombord på et skip. Denne bærekonstruksjonen blir også referert til som en havbunnsramme (Seabed Frame (SBF) og tjener initialt som reaksjonsmasse på den kraft som er nødvendig for å skyve en sonde eller et prøverør inn i grunnen. I tillegg har bærekonstruksjonen flere andre funksjoner, så som borerørstyring, støtte for måling, drifts- og kontroll-utstyr for den geotekniske undersøkelse. Utstyret i bærekonstruksjonen avhenger av undersøkelsen som skal utføres. Siden havbunnen generelt ikke er flat eller horisontal, er det viktig at bærekonstruksjonen er funksjonsdyktig på en helling. Hvis dette ikke er mulig, eller kun i en mindre utstrekning, blir anvendbarheten av bærekonstruksjonen begrenset, hvilket er uønsket.

Bærekonstruksjoner for operering på en helling eksiterer. Disse konstruk-sjoner er vanligvis utført med et fasthengselpunkt (kardanglignende) mellom to komponenter, hvorav det ene må tilpasse seg til hellingens vinkel; de kan også være forsynt med en ekstra innretning som styres aktivt ved hjelp av f.eks. hydrau-liske sylindere. Dette blir ofte realisert etter landing, med hjelp av målinger. Under posisjonering, også referert til som landing, utsettes disse konstruksjonene for intern friksjon som er et resultat fra at delene blir permanent sammenkoplet (kardang eller hengsel), slik at de enten hindres i å anta den korrekte vinkel, eller de krever aktiv styring. Etter landing blir komponentene ofte ikke fastholdt, for å unn-gå rotasjon i forhold til hverandre, med det resultat at relativt små eksterne krefter kan forårsake at bærekonstruksjonen blir utstabil.

Den manglende evne til tilfredsstillende å kompensere for hellingen kan ha de følgende konsekvenser:

- vanskeligheter med styring av borerøret

- vanskeligheter med innsetting av borerøret i konstruksjonen, på grunn av at borerøret og topp-partiet av konstruksjonen som skal entres er orientert i forskjellige vinkler - problemer med de andre midlene som skyves eller innføres i grunnen fra eller utenfor bærekonstruksjonen, hvilket på grunn av en liten bevegelse eller på grunn av en stor vinkelforskjell ikke lenger er i stand til å oppfylle sin funksjon, eller blir skadet.

Et eksempel på en eksisterende konstruksjon er Ocean Drilling Program (ODP), referert til som "Hard Rock Base" (HRB). En beskrivelse kan finnes på ODP sin nettside. Dette er basert på en kardang. Bortsett fra de ovennevnte ulem-per med en slik konstruksjon, er den maksimalt tillatte skråstillingsvinkel for grunnen 20°.

GB-A-1 503 398 offentliggjør en bærekonstruksjon for en undervannsplatt-form for en boret brønn, hvor en styreramme senker boresøylen på et midlertidig fundament. Boresøylen hviler på det midlertidige fundament ved hjelp av et kule-ledd som er dannet av sfæriske skåler som passer inn i hverandre, og som bestemmer en bærende overflate. Med en slik opplagring, forandres størrelsen av den bærende overflate med skråstillingsvinkelen. Når skråstillingsvinkelen øker, blir den bærende overflate mindre. Dette begrenser den tillatte skråstillingsvinkel. I praksis vil den maksimalt tillate skråstillingsvinkel med en konstruksjon som be-skrevet i GB 1503398, være mindre enn 20°. Likeledes, en økende skråstillingsvinkel gjør en slik understøttelse mer asymmetrisk. Således, når skråstillingsvinkelen øker, minker stabiliteten.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en flyttbar bærekonstruksjon som er i stand til pålitelig å operere på en hellende overflate, som har en enkel konstruksjon og som unngår ulempene ved løsningene i henhold til kjent teknikk, samtidig som den har fordeler som det heretter vil bli kastet lys over.

Denne hensikt oppnås med en bærekonstruksjon som angitt i krav 1.

Den nedre del har en første kontaktflate og den øvre del har en annen kontaktflate, som i den annen posisjon er samvirkende i kontakt, og hvor i det minste ett parti av enten den første kontaktflate eller den annen kontaktflate er sfærisk. I det minste et parti av kontaktflaten som samvirker med den sfæriske kontaktflate er konisk. Dette er fordelaktig, fordi, i den annen posisjon, en konus og en kule vil danne en sirkulær kontaktlinje ved enhver innbyrdes vinkel, slik at bæringen stabi-liseres av friksjon, hvilket tilveiebringer en stabil posisjon i alle retninger.

Når et sfærisk og et konisk kontaktlegeme samvirker med hverandre, er det den ytterligere fordel at under bevegelsen fra den første posisjon til den annen posisjon, dvs. ved plassering av den øvre del på den nedre del, har kontaktflatene en sentreringseffekt på hverandre. Hvis den øvre del ikke er i nøyaktig sentral inn-retting med den nedre del, vil kreftene, som ikke er symmetriske ved første kontakt, styre den øvre del til senteret for den nedre kontaktflate.

For dette formål er det foretrukket for den i det minste delvis koniske kontaktflate å være forsynt med en åpning hvis diameter er i det minste én og en-halv ganger diameteren av kontaktlinjen.

En større diameter av kontaktlinjen øker den bærende stabilitet mellom den øvre del og den nedre del. Diameteren av kontaktlinjen er derfor fortrinnsvis i det minste en tredjedel av den største dimensjon av den øvre del.

Den nedre del er i stand til å følge overflaten av bunnen, uten hensyn til dens skråstilling. Den øvre del kan deretter plasseres på den nedre del, slik at det opprettholdes en bestemt ønsket orientering. Dette kan f.eks. være den horison-tale orientering av en plattform som er et element av den øvre del. På grunn av den øvre dels egenvekt, tilveiebringer friksjonen mellom komponentene av den nedre del og den øvre del, som under bæring i den annen posisjon er i kontakt med hverandre, en fast forbindelse mellom de to deler. Så snart konstruksjonen er på plass, er det ikke noe behov for å utføre ytterligere målinger eller for å holde plattformen horisontal ved hjelp av kontroller og justeringer.

I den annen posisjon er den øvre del og den nedre del av den flyttbare bærekonstruksjon i henhold til oppfinnelsen i linjekontakt, og kontaktlinjen danner i det minste et parti av en lukket linje, slik at den øvre del understøttes helt rundt, dvs. i alle retninger, ved hjelp av den nedre del. Dette sørger for at den øvre del understøttes stabilt av den nedre del, selv ved forskjellige skråstillingsvinkler. Dessuten, stabiliteten blir knapt påvirket av skråstillingsvinkelen, slik at mye større skråstillingsvinkler er tillatt.

Når den lukkede linje i en foretrukket utførelse er en sirkel, oppnås en sym-metrisk og stabil understøttelse hele veien rundt på alle sider.

Hvis det er ønskelig, er det mulig å tilveiebringe ekstra forbindelsesmidler, så som klemmer, trekktau, trekkstaver og lignende mellom den nedre del og den øvre del.

Tverrsnittet av konusen kan ha mange forskjellige former. Imidlertid, med et henblikk på fremstillingskostnader, er tverrsnittet med fordel trekantet.

For å hindre bærekonstruksjonen i å gli, er det fordelaktig at den nedre del er forsynt med forankringsmidler for forankring i grunnen.

Avhengig av tilstandene i grunnen, kan forankringsmidlene som tilveiebrin-ges være plater eller tapper eller kombinasjoner av dette, som er senket inn i grunnen.

For å hindre at selve bærekonstruksjonen synker for dypt inn i grunnen, kan den være forsynt med en fundamentplate som konstruksjonen hviler på på grunnen.

En viktig fordel ved bærekonstruksjonen i henhold til oppfinnelsen er at den er egnet for forskjellige skråstillinger og forskjellige terreng.

Hvis den øvre del er utført slik at den er heisbar, kan den plasseres og tas bort, f.eks. for plassering et annet sted.

Bærekonstruksjonen er svært enkel å plassere hvis den nedre del og den øvre del er forbundet med hverandre ved hjelp av en fleksibel forbindelse. Denne fleksible forbindelse kan f.eks. utgjøres av kabler. Den nedre del er da, så å si, opphengt fra den øvre del. Under senking er delene forbundet via kablene, slik at de er separate og flyttbare i forhold til hverandre. Siden den nedre del henger klar, uten at den er påvirket av den øvre del, vil den være fri til å tilpasse seg til hel-lingsvinkelen. Etter at den samme har landet på bunnen, når den øvre del etter ytterligere senking den nedre del i den samme orientering hvor den var under opp-henging, uten å være påvirket av den nedre del. Under senking opprettholder den øvre del en horisontal orientering, slik at den danner et stabilt horisontalt plan uten å bli påvirket av bunnens helling.

I en spesiell utførelse, er forbindelsen dannet av en kontinuerlig kabel, som forløper over skiver, hvorav i det minst én er innfestet til den nedre del og i det minste én er innfestet til den øvre del. På denne måte forblir vaieren kontinuerlig under strekk. I tilfelle av separate vaiere, kan strekket i én av vaierne falle av på grunn av at den nedre del allerede har funnet et understøttelsespunkt under posisjonering. Hvis strekket i én eller to vaiere faller av, kan den øvre del, på grunn av strekket som fremdeles er tilstede i de gjenværende vaiere, krenge litt. Avhengig av vektforholdet mellom den øvre del og den nedre del, kan denne krenkingen kontrolleres og holdes på et minimum. Krenging behøver ikke å utgjøre noe pro-blem, ettersom det er mulig å anordne tilstrekkelig plass mellom delene. Så snart den nedre del er fullstendig understøttet av bunnen, vil strekket i alle vaierne falle av og den øvre del vil krenge tilbake til sin opprinnelige orientering. Dette krever imidlertid tilstrekkelig plass og tilstrekkelig lange vaiere. I tilfelle av en kontinuerlig vaier, vil den øvre del ikke krenge, og konstruksjonen kan gjøres mer kompakt.

Istedenfor å plassere den øvre del mot den nedre del, er det i denne utfør-else av oppfinnelsen mulig å forspenne heisekablene, og således den kontinuer-lige vaier. Dette tilveiebringer en fleksibel forbindelse, hvilket kan være fordelaktig under enkelte omstendigheter, siden man f.eks. unngår at, ved boreoperasjoner, en overgang fra borerøret i vannet til borerøret i rammen viser seg å være for stiv. På denne måte er den øvre del i stand til å justeres i henhold til posisjonen av borerøret, hvilket f.eks. påvirkes av strøm i vannet. Hvis skivene er selvjusterende, vil kabelen forløpe jevnt gjennom skivene, uten hensyn til tilstandene.

Selv om den på ingen måte er begrenset til dette, vil oppfinnelsen være svært egnet for styring av et borerør, hvis bærekonstruksjonen under operasjon er forsynt med en åpning for å tillate et rør, så som et borerør, å passere gjennom.

Oppfinnelsen kan anvendes på land, men er f.eks. særlig egnet til landing på en havbunn.

Oppfinnelsen vil heretter ytterligere bli kastet lys over ved hjelp av en beskrivelse av en foretrukket utførelse og med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 —fig. 3 illustrerer landingen av en bærekonstruksjon i henhold til en første utførelse av oppfinnelsen,

fig. 4-6 illustrerer landingen av en bærekonstruksjon i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen,

fig. 7 illustrerer en tredje utførelse av oppfinnelsen,

fig. 8—fig. 10 illustrerer landingen av en bærekonstruksjon i henhold til en fjerde utførelse av oppfinnelsen,

fig. 11 —fig. 13 illustrerer landingen av en bærekonstruksjon i henhold til en femte utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 14 illustrerer to utførelser av forankringsmidler for forankring av den nedre del i grunnen.

Fig. 1 viser en bærekonstruksjon i en utførelse av oppfinnelsen som omfatter en nedre del 1, som er forsynt med et sfærisk element 3, og en øvre del 52, som er forsynt med et konisk element 4. Den nedre del 1 og den øvre del 2 er fleksibelt forbundet med hverandre ved hjelp av kabler 7. På fig. 1, er bærekonstruksjonen vist opphengt fra heisekabler 6 over en hellende bunn 5. Den nedre del er forsynt med en fundamentplate for å hvile på bunnen. Fundamentplaten er også forsynt med forankringsmidler 8.

På fig. 2, har hele bærekonstruksjonen blitt senket i forhold til fig. 1, og den nedre del 1 har landet på bunnen 5, og dens fundamentplate 19 hviler på bunnen 5. Den øvre del 2 er fremdeles opphengt over den nedre del 1. Den nedre del 1 er forankret i grunnen 5 gjennom forankringsmidler 8 som er senket inn i grunnen 5. Den nedre del 1 er krenget i forhold til den øvre del 2, og har tilpasset seg til tilstanden av bunnen 5.

På fig. 3, har den øvre del 2 blitt senket på den nedre del 1. Den øvre del 2 hviler med sin konus 4 på kulen 3 av den nedre del 1. Friksjonen som opptrer mellom konusen 4 og kulen 3, som et resultat av vekten av den øvre del 2, sørger for at den øvre del 2 posisjoneres stabilt. Det sfæriske element 3 av den nedre del 1, og det koniske element 4 av den øvre del 2 sørger sammen for at oriente-ringen av den øvre del 2 forblir uforandret under landing på den nedre del 1. Denne uforandrede orientering er fullstendig uavhengig av hellingen av bunnen 5.

På fig. 4—fig. 6 vises en bærekonstruksjon i en annen utførelse av oppfinnelsen, hvor den øvre del 2 er forsynt med et sfærisk element 3 som samvirker med et konisk element 4 av den nedre del 1.

I utførelsene som er vist på fig. 1-fig. 6, utgjøres de samvirkende elementer av den nedre del 1 og den øvre del 2 av et sfærisk element 3 og et konisk element 4. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til deler som har disse former.

Fig. 7 viser bærekonstruksjonen i en tredje utførelse av oppfinnelsen, hvor den fleksible forbindelse mellom den nedre del 1 og en øvre del 2 av bærekonstruksjonen er dannet av en enkelt kontinuerlig kabel 11, som går over selvjusterende skiver 10.

På fig. 8—fig. 10 vises en bærekonstruksjon i en fjerde utførelse av oppfinnelsen, hvor den øvre del 2 er forsynt med et rør 9 som har en flens på sin under-side, på hvilken, på fig. 8, den nedre del 1 hviler med en kontaktflate. Etter landing av den nedre del 1 på bunnen 5 (fig. 9), er den øvre del 2 fri til å senkes ytterligere, og flensen av røret 9 kommer fri fra kontaktflaten på den nedre del 1. Den øvre del 2 er nå i stand til å senkes ytterligere, hvilket opprettholder dens orientering, inntil det koniske element 4 av den øvre del 2 setter seg på det sfæriske element 3 av den nedre del 1.

På fig. 11 —fig. 13 vises en femte utførelse av en bærekonstruksjon, som ligner den fjerde utførelse som er vist på fig. 8—fig. 10.1 dette tilfelle er imidlertid røret 9 fastklemt til den øvre del 2 ved hjelp av en fastklemmingssylinder 12, hvilket tillater at den øvre del 2 frakoples og tas bort fra den nedre del 1, mens den nedre del 1 forblir på bunnen 5. Dette gjør det f.eks. mulig å bruke den øvre del 2 et annet sted, og, hvis det er ønskelig, å la den returnere på et senere stadium.

Til slutt, fig. 14 illustrerer to utførelser av midler 8 for forankring i bunnen 5. Til fundamentet 19 er det innfestet tapper 13 så vel som en plate 14. Avhengig av tilstanden i grunnen, kan det være fordelaktig å bruke tapper 13 eller en plate 14 eller en kombinasjon av disse forankringsmidler 8. Med henblikk på forankring, tappene 13 så vel som platen 14, eller platene 14, er senket fullstendig eller delvis inn i grunnen 5.

Claims (17)

1. Flyttbar bærekonstruksjon for plassering på en bunn (5), omfattende en nedre del (1) og en øvre del (2) som samvirker med den nedre del (1), hvor den nedre del (1) er designet til å hvile på bunnen (5) og til å anta en posisjon som er bestemt av tilstanden til bunnen (5), og den øvre del (2) har en første og en annen posisjon, hvor, i den første posisjon, den øvre del (2) er fritt opphengt over den nedre del (1), og, i den annen posisjon, den øvre del (2) hviler på den nedre del (1), hvilket opprettholder en forhåndsbestemt invariant posisjon,karakterisert vedat den nedre del (1) og den øvre del (2) i den annen posisjon har første og andre kontaktflater (3, 4), hvor den første flate (4) er i det minste delvis konisk utformet, og den annen flate (3) er i det minste delvis sfærisk utformet, for å forårsake at, i den annen posisjon, den nedre del (1) og den øvre del (2) er i linjekontakt, hvilket bestemmer en kontaktlinje som danner i det minste et parti av en endeløs linje.

2. Flyttbar bærekonstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert vedat den lukkede linje er en sirkel.

3. Flyttbar bærekonstruksjon som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat den i det minste delvis koniske kontaktflate er forsynt med en åpning hvis diameter er i det minste én og en halv gang diameteren av kontaktlinjen.

4. Flyttbar bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 3,karakterisert vedat diameteren av kontaktlinjen er i det minste en tredjedel av den største dimensjon av den øvre del.

5. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 4, karakterisert vedat tverrsnittet av den koniske kontaktflate er trekantet.

6. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 5, karakterisert vedat den øvre del (2) og den nedre del (1) er forsynt med forbindelsesmidler for å forbinde den nedre del (1) og den øvre del (2).

7. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 6, karakterisert vedat den nedre del (1) er forsynt med forankringsmidler (8) for forankring av den nedre del i grunnen (5).

8. Bærekonstruksjon som angitt i et av krav 7, karakterisert vedat forankringsmidlene (8) omfatter elementer fra gruppen bestående av i det minste en plate (14), i det minste en tapp (13) og kombinasjoner av disse, hvor, under bruk, disse elementer er i det minste delvis senket inn i grunnen (5).

9. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 8, karakterisert veda t den nedre del (1) er forsynt med en plate (19) på hvilken konstruksjonen hviler på grunnen.

10. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 9, karakterisert vedat den øvre del (2) er heisbar.

11. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 10, karakterisert vedat den nedre del (1) og en øvre del (2) er forbundet med hverandre ved hjelp av en fleksibel forbindelse (7,10,11).

12. Bærekonstruksjon som angitt i krav 11, karakterisert vedat den fleksible forbindelse utgjøres av kabler (7).

13. Bærekonstruksjon som angitt i krav 12, karakterisert vedat forbindelsen er dannet av en kontinuerlig kabel (11) som går over en første skive (10) som er festet til den nedre del 1, og en annen skive (10) som er festet til den øvre del (2).

14. Bærekonstruksjon som angitt i krav 13, karakterisert veda t den første skive (10) og den annen skive (10) er selvjusterende.

15. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 11 til 14,karakterisert vedat forbindelsen omfatter et rør (9) som er festet til den ene eller den andre av den nedre del (1) og den øvre del (2), hvor røret (9) er forsynt med en flens, og den andre av enten den nedre del (1) eller den øvre del (2) er forsynt med en kontaktflate som i en første posisjon samvirker med flensen.

16. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 15, karakterisert vedat bærekonstruksjonen er forsynt med en åpning for å tillate et rør, så som et borerør, å passere gjennom.

17. Bærekonstruksjon som angitt i et av kravene 1 til 16, karakterisert vedat bærekonstruksjonen er utstyrt til å operere under vann.