NO336089B1 - Flytende offshore ettskrogsplattform - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en ettskrogs flytende plattform. Mer spesielt gjelder oppfinnelsen et halvt nedsenkbart skrog med dekksfasiliteter, for produksjon og lagring av hydrokarboner og eventuelt offshore boring.

Bakgrunn

Forskjellige typer flytende plattformer er kjent. Mye brukt er sparplattformen. Sparplattformen har en stor vertikal utstrekning og har sitt gravitasjonssenter under sitt oppdriftssenter. Dette sikrer en stabil posisjon når den flyter i sjøen. I forhold til den totale størrelsen til en slik plattform har den imidlertid en forholdsvis liten plass for dekksutstyr. En slik plattform er beskrevet i norsk patentpublikasjon NO 317001.

En annen type flytende plattform er beskrevet i patentpublikasjon US 6,340,272. Denne plattformen fremviser en selvflytende dekkstruktur som er innrettet til å være anordnet på en selvflytende understruktur. Den samlete formen til plattformen erkarakterisertav en mye bredere plattform enn sparplattformen, i forhold til dens dybde. En skal merke seg at dens nedre seksjon er bredere enn dens øvre seksjon. Den har også en flat bunn.

En lignende plattformutforming er beskrevet i patentpublikasjon NO 319971. Dette er en halvt nedsenkbar flytende plattform for boring av brønner i havbunnen eller for produksjon av hydrokarboner. Den generelle formen til plattformen er en sylindrisk kropp med en flat bunn. Utstyr for boring eller produksjon er anordnet på toppen av sylinderkroppen. Et spesielt trekk med denne plattformen er en fordypning som forløper langs omkretsen av sylinderen i bunndelen til sylinderkroppen. Dette trekket resulterer i en reduksjon av hiv- og stampebevegelser i plattformen, forårsaket av omgivende forhold som bølger, strømninger og vind. Videre, oppdriftssenteret til den nedsenkete delen av denne plattformen er anordnet under dens tyngdepunkt. Dette siste trekket kan gi uhensiktsmessige hydrodynamiske bevegelser i plattformen ved eksponering mot harde havforhold.

Som kan ses i figurene 3-5 i den nevnte publikasjonen er denne sylinder- eller polygonformete utformingen av skroget godt egnet for å anordne et flertall tanker i skroget. Dette er gjort ved å anordne ytterligere sylinder- eller polygonvegger inne i skrogstrukturen og å anordne partisjoner mellom nevnte vegger. I følge publikasjonen er skroget bygget i stål, men kan også bygges i betong, for eksempel.

En annen offshore plattform eller bøye er beskrevet i patentpublikasjon GB

2 253 813. Også her er hovedstrukturen en vertikalt innrettet sylinder. I tillegg har sylinderen en krage som rager radialt utover og under den nedre delen av sylinderen. Den faste ballasten i kragen resulterer i at tyngdepunktet til bøyen er hovedsakelig på samme høyde som sentre til horisontal bølgeeksitasjon i det omgivende vannet. På denne måten blir hiv- og stampebevegelser minimert.

Norsk patentpublikasjon NO 314720 beskriver et flytende lagringssystem for olje og kondensat, som fortrinnsvis blir brukt i en flytende produksjonsplattform for å tilveiebringe konstant dypgang. Den omfatter en flytende konstruksjon med en oppdriftstank og en lagringstank. Lagringstanken er innrettet med et ventilasjonssystem i toppen og et forbindelsessystem i bunnen. Luft ventileres ut av toppen og sjøvann blir ventilert ut av bunnen når lagringstanken er fylt med olje eller kondensat.

Videre beskriver US patentpublikasjon US 5,074,715 et oljelagringssystem for en offshoreplattform som har nedsenkete lagringsceller i hvilke olje blir lagret på toppen av et vannvolum. En annen nedsenket celle med vann er i forbindelse med lagringscellen. Vannlagringscellen er også i fri fluidforbindelse med omgivende vann utenfor systemet.

Formål

Flytende plattformer av denne typen er store og kostbare å bygge. Byggeprosessen er også tidkrevende. Det er følgelig et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en flytende plattform som kan bli bygget på en rask og kostnadsreduserende måte. Et ytterligere formål er å tilveiebringe en slik plattform som reduserer mengden av nødvendig utstyr, så som pumper og rør. Et ytterligere formål er å tilveiebringe en oljelagringstank i en slik plattform som bidrar til vektballasten som behøves for hydrostatisk stabilitet, med et system som tilveiebringer en løsning for utslippsfri bruk av lagringstanken.

Sammendrag av oppfinnelsen

I samsvar med oppfinnelsen er det tilveiebrakt en flytende offshore ettskrogsplattform for lagring, importering og eksportering av hydrokarboner, og eventuelt boring. Plattformen omfatter nedre og øvre hovedsakelig sylindriske seksjoner, der den nedre seksjonen har større diameter enn den øvre seksjonen og opptar i det minste én oljelagringstank. Den øvre seksjonen omfatter indre og ytre hovedsakelig sylindriske deler, hvorved de indre og ytre delene definerer et rom mellom seg. Avstandsstykker er anordnet mellom de indre og ytre sylindriske delene. I samsvar med oppfinnelsen er avstandsstykkene formet som hovedsakelig sylindriske elementer som er hovedsakelig parallelle med den indre og ytre delen. Avstandstykkene er utformet som hulsylindre, og deres utvendige diametre tilsvarer hovedsakelig avstanden mellom nevnte indre og ytre sylindriske deler. Avstandsstykkene inndeler rommet i separate kamre.

Skrogutformingen resulterer i en enkel og kostnadseffektiv måte å bygge skroget. Som vil fremkomme av beskrivelsen har utformingen også andre fordeler.

Avstandsstykkene mellom de indre og ytre delene, inndeler det nevnte rommet i et flertall kamre. Disse kamrene kan anvendes for flere formål, som vil bli beskrevet i beskrivelsen av et utførelseseksempel.

Ved at avstandsstykkene er utformet som hulsylindre er det tilveiebrakt enda flere avdelte rom. I tillegg er den sylindriske formen til avstandsstykkene fordelaktig for absorpsjon av torsjonskrefter som kan oppstå i tilfeller med forskjellige trykk over skrogveggene på hver side av et avstandsstykke. Dette vil også bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Nevnte rom mellom den indre og ytre delen er fortrinnsvis innrettet til å bli brukt som ballasttank. Ballasttanker er følgelig integrert i de strukturelle delene av skroget, i en fordelaktig posisjon for ballasttanker. Videre, i det minste én av nevnte avstandsstykker, som er hovedsakelig sylindrisk utformet, kan fortrinnsvis utgjøre en ballasttank.

Tyngdepunktet til plattformen er fortrinnsvis hovedsakelig ved den samme høyden som dens oppdriftssenter.

For å forbedre oppførselen til plattformskroget i sjøen er den nedre delen av den nedre seksjonen fortrinnsvis forsynt med utragende plater.

Den nevnte oljelagringstanken er hovedsakelig uten en gassfase, idet den inneholder hovedsakelig kun olje og/eller vann. Dette bidrar til å gjøre oljetanken utslippsfri, idet ingen fordampning vil skje i tanken.

Videre, trykket i oljetanken er fortrinnsvis satt under trykket i det omgivende sjøvannet. På denne måten blir en lekkasje av olje inn i sjøen unngått i tilfelle en mindre skade på skroget hvorved det oppstår en fluidforbindelse mellom sjøen og det indre av tanken.

Trykket i oljetanken blir fortrinnsvis styrt av vannivået i en overtank som er i forbindelse med fortrengningsvannfasen til lagringskamrene. Vannivået til overtanken er under havoverflaten og fortrinnsvis høyere enn vannivået til vannvasen i lagringstanken. Fordelen med dette opplegget er at dersom en lekkasje skulle forekomme mot den omgivende sjøen, vil vann lekke inn, og forhindre olje fra å lekke ut. I tillegg vil noe av det produserte vannet som forblir i den lagrete oljen ha en tendens til å separere ut av oljen og inn i fortrengningsvannfasen. Fortrengningsvannet kan inneholde små mengder olje. Rapporterte verdier av olje i vann fra lagringssystemer i drift er i størrelsesorden på 1 til 5 ppm. Fortrengningsvannet vil bli pumpet ut av lagringstankene mens olje produseres inn i lagringstanken. Under lossing av olje vil sjøvann blir sluset inn i vannfasen til lagringstankene for å bibeholde fulle tanker. Slusingen vil bli styrt for å bibeholde vannivået i overtanken.

Den øvre og/eller nedre seksjonen til skroget behøver ikke å være strengt sylindrisk. Man kan også forestille seg en polygonformet seksjon, eller en vertikalt ragende form som oppfyller det samme behovet, for eksempel en oval form. Følgelig, betegnelsen hovedsakelig sylindrisk er ment å omfatte også polygonformer, eller kombinasjoner av sylindriske former og polygonformer.

Plattformskroget kan også omfatte et flertall oljelagringstanker.

Det er også angitt en fremgangsmåte for å behandle vann fra en oljelagringstank i en flytende plattform, hvilket vann har blitt fortrengt fra en oljelagringstank under fylling av tanken med olje. Fremgangsmåten omfatter å injisere det for-trengte vannet inn i et havbunnsreservoar. Dette sikrer at det litt forurensete vannet ikke blir utført i sjøen. Injeksjonen av fortrengningsvann sammen med sjøvann inn i reservoaret vil bibeholde reservoartrykk.

Eksempel på utførelsesform

Idet de fordelaktige hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelsen er angitt, vil et mer detaljert eksempel på en utførelsesform bli beskrevet i det følgende, med henvisning til de medfølgende figurene, der

Figur 1 er et tverrsnittsriss av skroget til en plattform i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, med noen dekkselementer antydet på toppen; Figur 2 er det samme risset som i Figur 1, imidlertid med en nesten tom oljelagringstank; Figur 3 er et horisontalt tverrsnittsriss av den øvre seksjonen av skroget; Figur 4 er et horisontalt tverrsnittsriss av den nedre seksjonen av skroget; Figur 5 er et toppriss som illustrerer noe av utstyret som er tilkoblet til og inne i

plattformen;

Figur 6 er en prinsipptegning av oljelagringstanksystemet; og

Figur 7 er en prinsipptegning av oljelagringstanksystemet, som viser noen

ytterligere detaljer vedrørende driftsmåten.

Figur 1 og 2 viser skroget 1 til en plattform i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Dekksfasiliteter 3 er anordnet på toppen av skroget 1. Den følgende beskrivelsen er rettet mot utformingen til skroget 1.

Skroget 1 omfatter en øvre skrogdel 1a og en nedre skrogdel 1b. Figur 3 og figur 4 viser et horisontalt tverrsnittsriss av den øvre og nedre seksjonen 1a, 1b, henholdsvis. Som kan forstås av figur 3 og figur 4, er den øvre og nedre seksjonen utformet som sylindre.

Det henvises igjen til figur 1 og figur 2. Den nedre seksjonen 1 b til skroget 1 omfatter en oljelagringstank 5. Oljelagringstanken 5 er innrettet til ikke å ha noen gassfase. Dette er oppnådd ved å fylle den gjenværende delen av tanken 5 med vann når tanken 5 ikke er helt fylt med olje. Følgelig finnes det en grense 5a mellom oljen og det underliggende, tyngre vannet i tanken 5. I figur 1 er tanken nesten helt fylt med olje, mens i figur 2 er tanken 5 nesten helt fylt med vann. Selv om den spesifikke vekten til vann og olje ikke er den samme, sikrer denne innretningen av oljetanken 5 at skroget 1 vil ha hovedsakelig samme dypgang og bevegelseskarakteristikker uansett oljefyllingsgraden til tanken 5. Oljelagringstanken 5 bidrar til vektballast som behøves for hydrostatisk stabilitet. Ballasttanker er anordnet i skroget for å bibeholde konstant vekt / dypgang.

Vannet som blir fortrengt under lagring av olje blir brukt for vanninjeksjon slik at nullutslipp til sjøen blir bibeholdt.

Det henvises fortsatt til figur 1 og figur 2, hvor skroget 1 er vist flytende i sjøen. Havoverflaten er antydet med referansenummer 7. Oljetanken 5 er således anordnet ved en betraktelig dybde under havoverflaten 7. For å unngå lekkasje fra oljetanken 5 til omgivelsene ved en ulykke, eller en eller annen mindre utilsiktet væskeforbindelse mellom oljetanken 5 og den omgivende sjøen, er trykket inne i oljetanken 5 satt lavere enn trykket i den omgivende sjøen. Dersom det oppstår en liten revne eller sprekk i veggene til lagringstanken 5, vil således sjøvenn strømme eller lekke inn i lagringstanken 5, i stedet for at olje strømmer ut i sjøen.

Oljelagringstanken 5 er en utslippsfri lagringstank tilpasset det flytende skroget 1, idet det ikke vil være noen utslipp fra lagringen til sjøen eller til luften. På grunn av at oljelagringstanken er "våt", vil ingen flyktige organiske forbindelser (volatile organic compounds - VOC) bli avgitt.

Det at oljelagringstanken 5 er lokalisert en avstand under havoverflaten 7 gjør det mulig å sette trykket i oljetanken 5 under trykket til den omgivende sjøen, men allikevel høyere enn det omgivende lufttrykket ved havoverflaten 7. Den øvre siden av tanken 5, eller den nedre skrogseksjonen 1b, kan for eksempel være anordnet 34 meter under havoverflaten 7. Slike skrog- og væske-trykkopplegg gir mulighet for en optimal utlegging av mekanisk utrustning.

Figur 3 viser et horisontalt tverrsnitt gjennom den øvre seksjonen 1a av skroget. Denne øvre seksjonen 1a til skroget 1 korresponderer med en særskilt fordelaktig utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. De vertikalt ragende strukturelle delene til den øvre seksjonen 1a utgjøres hovedsakelig av sylindriske betongdeler. Den øvre seksjonen 1a haren ytre del 101 og en indre del 103 i form av ytre og indre sylindre 101, 103, henholdsvis. De ytre og indre sylindrane 101, 103 er koaksialt anordnet med et sett av sylindriske avstandsstykker 105 i ringrommet mellom dem. Avstandsstykkene kunne også være av en annen form, for eksempel som radialt ragende vegger. Som det vil framgå av beskrivelsen nedenfor fremviser imidlertid den sylindriske formen til avstandsstykkene 105 vesentlige fordeler.

For det første tilveiebringer den sylindriske formen til avstandsstykkene 105 et ytterligere avgrenset rom inne i selve avstandsstykket 105. I det illustrerte eksemplet med fire avstandsstykker 105 er det følgelig fire rom formet i ringrommet mellom de indre og ytre sylinderne 101, 103, og nevnte avstandsstykker. I tillegg fremviser som nevnt hvert sylindriske avstandsstykke 105 sitt eget rom innvendig. I den beskrevne utførelsesformen er det følgelig åtte avgrensete rom som formes av de fire avstandsstykkene 105 og indre og ytre sylindre 101, 103, i tillegg til det større rommet i den indre sylinderen 103.

For det andre er de sylindriske formene meget godt egnet for å bli bygget ved hjelp av glideforskalingsmetoden. Dette er en rask og enkel (og kostnads effektiv) måte for å bygge de viste strukturene i betong. I dette utførelses-eksemplet er alle de vertikalt ragende strukturene parallelle.

For det tredje fremviser den sylindriske utformingen av avstandsstykkene 105 enda en stor fordel sammenlignet med andre former, så som en flat vegg. Ettersom en del av den øvre seksjonen 1a til skroget 1 er anordnet under havoverflaten 7 (figur 1 og 2), vil hydrostatisk trykk virke på den ytre veggen til den ytre sylinderen 101. Sylindriske strukturer i betong er generelt meget godt egnet til å håndtere slike trykk. Imidlertid, vi betrakter et tilfelle hvorfor eksempel en lekkasje skjer, hvorved et rom avdelt av to avstandsstykker 105 og den indre og ytre sylinderen 101, 103 er fylt med vann. Dette ville fjernet trykkfallet mellom det rommet og den omgivende sjøen. Men det hydrostatiske trykket ville fortsatt være til stede på den ytre sylinderen ved tilstøtende rom. Følgelig vil et torsjonsmoment oppstå i det sylindriske avstandsstykket 105. Den sylindriske formen til avstandsstykkene 105 er meget godt egnet til å kompensere for dette. I kontrast til dette ville et avstandsstykke utformet som en vegg måtte være dimensjonert meget tykt for å motstå det samme momentet.

I stedet for å ha fire sylindriske avstandsstykker 105, som i denne utførelses-formen, kan en også ha flere eller færre, for eksempel 6 avstandsstykker.

Rommene inne i de sylindriske avstandsstykkene 105 kan for eksempel bli brukt for lagring av ferskvann, diesel og andre væsker eller materialer. Det ringformete rommet mellom de indre og ytre sylinderne 101, 103 og avstandsstykkene 105 kan foreksempel bli brukt for utstyr som oljepumper, vannballast-tanker, trykkstyringstanker, utstyrsbrønner, oljeeksporteringsbrønner og stigerørsbrønner.

Rommet inne i den indre sylinderen 103 blir fortrinnsvis brukt for strukturelle elementer og som rom for mekaniske innretninger.

Det henvises igjen til figur 4, som viser et horisontalt tverrsnittsriss gjennom den nedre seksjonen 1b til skroget, eller oljelagringstanken 5. Man kan se et flertall partisjonsvegger 9 som deler oljelagringstanken 5 i flere seksjoner. I oljelagringstanken 5 er også to sylindre 11 anordnet under den indre og ytre sylinderen 101, 103 til den øvre skrogseksjonen 1a. Disse er innrettet, i det minste delvis, til å støtte vekten av den øvre skrogseksjonen 1a og dekksfasilitetene 3. I det minste noen av sylinderne 11 og/eller partisjonsveggene 9 kan være perforerte, slik at olje (og vann) i oljelagringstanken 5 kan strømme fritt mellom kamrene i tanken 5. Kamre som harfluidforbindelse til hverandre utgjør separate tankdeler. For å begrense den nødvendige mengden utstyr (så som pumper) tilknyttet hver tank, bør en etterstrebe å ha så få atskilte kamre som mulig. Imidlertid, dersom en lekkasje skulle oppstå er det åpenbart en fordel å ha et høyt antall avdelte tankdeler.

Mellom den øvre skrogseksjonen 1a og den nedre skrogseksjonen 1b er det en horisontal betongvegg. Videre, under oljetanken 5 og på toppen av den øvre skrogseksjonen 1a er det også anordnet horisontale vegger. Dette fremgår fra figur 1 og figur 2.

Figur 5 illustrerer den øvre skrogseksjonen 1a med noe tilknyttet utstyr. To grupper av åtte stigerør 13 er vist ragende ut fra skroget 1. I hver av de to sylindriske avstandsstykkene 105 er det to brannvannspumper 15. Et annet sylindrisk avstandsstykke 105 blir brukt for ferskvannslagring 17. Et ytterligere sylindrisk avstandsstykke 105 blir brukt for diesellagring 21. I figur 5 er det også vist tre fortrengningsvannpumpebrønner 23 og fire oljepumpebrønner 19.

Et fordelaktig trekk ved skroget 1 i samsvar med oppfinnelsen er at man ikke behøver tilgang til de nedre delene av skroget 1 idet de forskjellige væskene blir transportert gjennom faste rør.

En annen fordel ved denne skrogutformingen er at den tilveiebringer et høyt fribord. Dette reduserer mengden av ising på dekket når den brukes i arktiske vann.

Skroget kan bli bygget delvis i en tørrdokk og kompletteres mens den flyter på dypere vann utenfor tørrdokken. Ved komplettering av skrogkonstruksjonen blir den nedre skrogseksjonen 1 b, det vil si oljelagringstanken 5, fylt opp med vannballast og vil forbli fylt.

Ved en fordelaktig utførelsesform av skroget 1 er de indre partisjonsveggene 9 til lagringstanken 5 konfigurert for å redusere resonanseksitasjon av olje/vann-grensesnittet.

Figur 6 og figur 7 illustrerer prinsipielt oljetanksystemet i nærmere detalj. Figur 6 viser oljelagringstanken 5 i den nedsenkete posisjonen i forhold til havoverflaten 7. Som illustrert inneholder lagringstanken 5 en vannfase under oljefasen. Også under havoverflaten 7 er en overtank 51 som inneholder vann. Vannet i

overtanken 51 er i fluidforbindelse med vannfasen i oljelagringstanken 5, gjennom rør 53. Overtanken 51 eller vannivået i overtanken 51 er over vannivået til vannfasen i lagringstanken 5. Dette opplegget sikrer at trykket inne i oljelagringstanken 5 er undertrykket i det omgivende sjøvannet. Følgelig, dersom en lekkasje i veggen til oljelagringstanken 5 skulle oppstå, vil sjøvann lekke inn i lagringstanken 5 og ingen olje vil forurense sjøen. Oljen i lagringstanken 5 kan bli ført opp til dekksfasilitetene gjennom oljerør 55.

Figur 7 viser de samme prinsippene som figur 6, imidlertid med noe ytterligere tilknyttet utstyr. Her er det vist en ventil 57 for å sluse sjøvann inn i vannfasen, det vil si vannrøret 53. Slusingen blir styrt for å bibeholde et korrekt vannivå i overtanken 51.

Når olje blir produsert inn i oljelagringstanken 5, blir fortrengt vann pumpet ut av oljelagringssystemet med en pumpe 59. Dette vannet kan være litt forurenset av olje. For å forhindre forurensning av sjøen med slikt fortrengt vann kan det således bli injisert inn i reservoarer i sjøbunnen.

Vannivået i overtanken 51 kan for eksempel være 25 meter under havoverflaten. Ved å være forbundet med atmosfærisk trykk sikrer dette et undertrykk i lagringstanken 5 sammenlignet med det omgivende vannet utenfor tankveggene.

Med dette opplegget oppnås et helt forurensningsfritt oljelagringstanksystem. Hverken gasser eller olje vil unnslippe til sjøen eller luften.

En kan også forestille seg en overtank i form av en styringstank i hvilken trykket blir styrt mekanisk, det vil si ikke av vannivået eller kun delvis av vannivået. For eksempel kan overtanken være anordnet ved en lavere posisjon, med tilknyttete midler for å tilveiebringe tilstrekkelig trykk i overtanken for å holde oljesøylen i oljelagringstanken på plass.

Claims (4)

1. Flytende offshore ettskrogsplattform for lagring, import og eksport av hydrokarboner, eller boring, omfattende nedre og øvre hovedsakelig sylindriske seksjoner, der den nedre seksjonen har større diameter enn den øvre seksjonen og rommer i det minste én oljelagringstank (5), hvorved den øvre seksjonen omfatter indre og ytre hovedsakelig sylindriske deler (101, 103), hvorved den indre og ytre delen definerer et rom mellom seg, og hvorved avstandsstykker (105) er anordnet mellom nevnte indre og ytre sylindriske deler (101, 103),karakterisert vedat nevnte avstandsstykker (105) er formet som hovedsakelig sylindriske elementer som er hovedsakelig parallelle med den indre og ytre delen, at avstandstykkene (105) er utformet som hulsylindre, og at deres utvendige diametre hovedsakelig tilsvarer avstanden mellom nevnte indre og ytre sylindriske deler (101, 103), og at de inndeler rommet i separate kamre.

2. Plattform i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat kamrene er innrettet til å bli anvendt som ballasttanker.

3. Plattform i samsvar med patentkrav 1 eller 2,karakterisert vedat i det minste én av nevnte avstandsstykker (105) utgjør en ballasttank.

4. Plattform i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat rommene inne i avstandsstykkene (105) er anvendt for lagring av ferskvann eller lagring av diesel.