NO750586L - - Google Patents

Description

Anordning som kan nedsenkes på sjøbunn.

Denne oppfinnelse vedrører nedsenkbare konstruksjoner som under bruk er båret på sjøbunnen. De mest aktuelle eksempler på konstruksjoner som oppfinnelsen kan anvendes for er rigger for oljeboring, fartøyer for oljelagring og kombinerte borerigger/lagringsfartøyer.

Konstruksjoner av denne type for bruk på åpent hav kreves å kunne motstå velting og vandring under virkningen av sterke bølgekrefter, og det er vanlig for slike konstruksjoner å være sikkert forankret til sjøbunnen i betongfundamentering eller til peler som er drevet ned i sjøbunnen. Alternativt kan slike konstruksjoner forsynes med stor ballast som tillegg til den kraft mot bunnen som oppstår på grunn av vekten av konstruksjonen og dens innhold ved fradrag av oppdriften, idet den bunnbårne konstruksjon da står fritt på sjø-bunnen, uten noen form for aktiv forankring.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer en konstruksjon av den type som er beskrevet, som er særlig egnet for å plasseres i et mykt sjøbunn-sjikt, f.eks. av bunnslam, sand eller leire.

Nærmere bestemt frembringer oppfinnelsen en slik konstruksjon som ved sin bunndel har et ugjennomtrengelig skjørt som er istand til å trenge gjennom bunnsjiktet og omslutte en eller flere skjørt-regioner som er avgrenset oppad av konstruksjonens bunndel, samt forbindelsesorganer for fjerning av vann fra denne eller disse regioner, idet skjørtet omslutter en vesentlig del av konstruksjonens bunnområde. Forbindelsesorganet er forsynt med midler for å lukke forbindelsesorganet for å hindre fri retur av vann gjennom forbindelsesorganet til skjørtiområdet eller -områdene.

Med denne utforming kan det oppnås en meget sikker plassering av konstruksjonen i havbunnen ved at skjørtet trenger inn i bunnsjiktet, med fjerning av vann fra det indre av det område eller de områder som er avgrenset av skjørtet ved hjelp av ledningsorganene. Når konstruksjonen er på plass og forbindelsesorganene lukket for å hindre vannretur til skjørteområdene, vil enhver tendens hos konstruksjonen, til å heves eller velte, dvs. til å svinge om en side, skape en dynamisk reaksjonskraft eller tilbakeførende kraft på grunn av trykkreduksjonen i skjørtéområdet. Denne trykkreduksjonen kan bare reduseres ved at det strømmer vann inn i skjørte-områdene gjennom bunnsjiktet som skjørtet er medsenket i og den begrensete permeabilitet til bunnsjiktet begrenser hastigheten som vannet kan strømme gjennom sjiktet med under skjørtet og opp i skjørteområdene. Ved passende utforming av skjørtet, særlig dets dybde og den horisontale utstrekning av skjørteområdene, slik at de er tilpasset egenskapene til det aktuelle bunnsjikt, blir den dynamiske reaksjonskraft som utvikles tilstrekkelig til å motstå velting av konstruksjonen under de alvorligste bølge- og vind-forhold

Fra britisk patentskrift 1.088.804 er det kjent en konstruksjon som i bunnen er forsynt med en rekke hule søyler som er forbundet med pumper over havnivå for fjerning av vann fra pumpenes innside under konstruksjonens nedsenkning mot bunnen. Pumpene er imidler-tid i dette tilfelle benyttet spesielt for å løsne bunnmaterialet ved dannelsen av en innstrømning av vann for å gjøre det mulig for søylene å trenge hurtig ned i bunnen og tillate oppretting av konstruksjonen på hellende sjøbunn og søylene er derfor ikke i stand til å avgrense områder med redusert trykk under en vesentlig del av bunnen av konstruksjonen slik det er tilfelle ved den foreliggende oppfinnelse. I tillegg er søylene ved den kjente konstruksjonen ikke forsynt med lukkeanordninger for å hindre til-bakeløp av vann til søylenes indre. For å øke mest mulig det effektive areal som reaksjonskreftene virker over, har konstruksjonen fortrinnsvis et kontinuerlig skjørt eller kappe som strekker seg rundt dens omkrets. Området inne i. dette skjørtet kan være oppdelt av indre skillevegger hvis funksjon er beskrevet nærmere nedenfor.

Midlene for å lukke ledningsorganene kan omfatte enveisventiler

i en viss avstand under havnivå og fortrinnsvis ved bunnen av konstruksjonen og ledningsorganene kan også være forbundet med en eller flere pumper som fjerner vann fra skjørtområdet eller --områdene<*.>Pumpen eller pumpene kan benyttes for å pumpe vann tilbake i skjørteområdene for å heve konstruksjonen fra havbunnen når

den eventuelt skal fjernes.

Ledningsorganene kan munne ut i en tank under havnivå og holdes ved atmosfærisk trykk for å gi en kontinuerlig eller intermitent fjerning av vann fra skjørteområdefie uten bruk av pumpene i ledningsorganene .

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av en utførelsesform av oppfinnelsen som er illustrert i tegningene, hvor: fig.l viser et delvis oppsnittet skjematisk sideriss av en bunn-båret, nedsenkbar anordning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser i større målestokk en detalj "A" fra fig. 1, mens fig. 3 viser et planriss fra undersiden av anordningen i fig. 1 i større målestokk.

Anordningen som er vist i fig. 1 er en bærekonstruksjon for oljeboring/lagring, som har en hoveddel 1 med en eller flere innsnev-ringer eller søyler 2 og en overbygning 3 over havnivå L for å oppta oppholdsrom, arbeidsdekk, landeplass for helikopter o.lign. Det indre av hoveddelen er fortrinnsvis delt med interne skillevegger som ikke er vist i adskilte lagringsrom som kan tømmes eller fylles etter hverandre for å gjøre det mulig å få anordningen til å flyte i horisontal stilling for tauing til og fra bruks-stedene og for å bli fyllt på styrt måte slik at anordningen kan settes ned på bunnen i vertikal stilling. Når den plasseres på bunnen kan anordningens vannfylling byttes ut med olje som skal lagres eller omvendt.

Hoveddelen 1 har sirkelformet tverrsnitt, vanligvis med en diameter på 45-75 m. Anordningen kan alternativt ha kvadratisk eller mange-sidet tverrsnitt med sidelengde i området 45-75 m. Hoveddelens bunn er lukket av en stålplate 4, med en ballast 6 på ovarrsiden, som kan være assymetrisk for å fortynge den ene siden av anordningen slik at den stabiliseres i flytende tilstand og dessuten for å lette bunnsettingen.

To sett fordelte bjelker 7 og 8 som er plassert vinkelrett på hverandre, er festet til bunnplaten og en perforert underbunn-plate 9 er festet til undersiden av de nederste bjelker 8. De kommuniser-ende rom mellom bjelkene er fyllt med grus eller annet filter materiale, fortrinnsvis siktet, slik at det dannes en filtersone mellom platene 4 og 9.

En bunt- rø rføringer 11 for oljeboring er ført tett gjennom platene

4 og 9 og en eller flere ledninger eller avvanningsrør 12 er ført tett gjennom hull i bunnplaten 4 slik at de kommuniserer med filtersonen.

En kontinuerlig, ugjennomtrengelig kappe eller skjørt 13 med en dybde på omtrent 9 m (dybden vil avhenge av arten av muddersjikt på bruksstedet) er anordnet rundt hele omkretsen av anordningens bunndel, idet dette skjørt er forsterket med innvendige og utvendige støtteplater 14 og 15 med jevne mellomrom. De utvendige støtte-plater vil også hindre utgraving som beskrevet nedenfor.

Et indre, sylinderformet skjørt 16 som på tilsvarende måte er forsterket med plater 17 er festet til underbunn-platen 9 slik at det omgir det område av underbunn-platen som gjennomtrenges av bunten av føringer 11, idet platen 9 ellers er uten hull innenfor skjørtet 16. Platen er gjennomhullet mellom skjørtene for å mulig-gjøre kommunikasjon med filtersonen.

I tillegg kan hele bunndelen være forsynt med en rekke indre skillevegger (se strekete linjer 23 i fig. 3) som er fotobundet med hverandre slik at det dannes et kvadratisk eller ringformet gittermønster, idet de er forbundet med endene til det ytre skjørt. Skilleveggene kan være betydelig grunnere enn omkretsskjørtet.

Disse skillevegger har følgende oppgaver:

a) forsterker hverandre for å motstå betydelige horisontale krefter pJb^grunn av store bølger som virker på anordningen, b) fordeler kreftene mellom dem, c) hindrer hurtig strøm av slam/ vannoppslemming under bunnplaten, d) gir betydelig friksjons-motstand mot vertikale bevegelser av anordningen slik at de virker gunstig på samme måte som platepilarer, ved å øke friksjonsområdet i berøring med slammet, samt e) å medvirke til å opprettholde en trykkgradient over bunnen for å hindre veltekrefter på grunn av bølgebevegelse og vindkrefter.

Avvanningsrøret strekker seg over havnivå slik at det danner en forbindelse med atmosfæren eller det kan danne innløp til en pumpe for fjerning av vann fra filtersonen og området mellom skjørtene 13 og 16. Alternativt kan røret 12 munne ut i en tank eller tanker

24 plassert under havnivå, som holdes på atmosfæretrykk. Tankene

24 er fortrinnsvis forsynt med en eller flere pumper 26 for å

holde vannivået i tanken under et forutbestemt maksimum. Denne utforming gir et trykkfall mellom skjørttområdet og den øverste ende av røret 12, som tilsvarer til vannivået mellom havnivået og tanken med fradrag av friksjonstap, slik at vannet kan føres bort kontinuerlig eller intermitent fra skjørt^området til tankene 24, uten bruk av pumpene i røret 12. Tankene står på et dekk 25 som danner et overflømmingsforråd i tilfelle pumpen 26 svikter.

Røret er forsynt med en ventil (ikke vist) som kan være en enkel tilbakeslagsventil, fortrinnsvis plassert nær opptil bunnen av anordningen og i ethvert tilfelle under havnivå.

Anordningen er dessuten forsynt med et standard J-rør 21 for under-sjøisk oljeproduksjon og med trykkbalanse-rør 22 eller åpninger 23 som tillater at vann fra hoveddelen byttes ut med olje tilført oven-fra.

Under bruk blir anordningen gjort flytende og tauet i horisontal stilling til bruksstedet og bunnsatt ved trinnvis fylling av de indre rom i hoveddelen. Anordningen bringes først til en flytende vertikal stilling og fortsatt fylling forårsaker at den synker vertikalt ned mot havbunnen. Skjørtene 13 og 16 trenger inn i havbunnen inntil anordningens bunn, eller nærmere bestemt underbunn-platen 9 hviler på havbunnen i den stilling som er vist i fig. 1.

I denne nedtrengningsfase fortrenges vann fra skjørtene gjennom filtersonen og gjennom avvanningsrøret eller -rørene 12, slik at skjørtene kan trenge fullstendig ned i havbunnen inntil anordningens bunndel berører bunnen fast. Nedtrengningen og gjenopprettingen av den forstyrrede havbunn kan påvirkes eller gjøres hurtigere ved bruk av en pumpe forbundet med avvanningsrørene, idet det reduserte trykk som derved skapes under bunnen utøver en ekstra bunnsettingskraft på anordningen. Under denne fase blir avvanningsstrømmene nøye styrt for å hindre at det skjer noen uønsket innsugning under skj ørtet.

Når anordningen er bragt på plass og pumpen er stoppet og ventilen

i røret 12 lukket, er anordningen bunnsatt med sin egen vekt.

Motstand mot at anordningen utsettes for en dynamisk løfte- eller veltekraft økes på grunn av det forhold at skjørtet 13 danner en barriere til en dybde på omtrent 9 m som hindrer direkte inntreng-ning av vann og løst slam til skjørtets indre, slik at en bølge som går forbi skaper et redusert trykk under bunndelen, hvilket frembringer en ytterligere bunnsettingskraft med meget høy styrke. Dette reduserte trykk kan bare utjevnes med vann som trenger gjennom 18 m slam, hvis lave permiabilitet tillater en neglisjerbar vannstrøm i løpet av en halv bølgeperiode.

For å forklare dette nærmere kan det antas at anordningen er bunnsatt på havbunnen i en dybde på f.eks. 122 m. Bunnen vil være utsatt for et hydrostatisk trykk som er lik vekten av vannet over det, dvs. ved 122 m et trykk på omtrent 12,3 kp/cm 2. Under den sta-tistiske "hundreårsstormen" når høyden på bølgene når omtrent 30 m, vil trykket på bunnen bli øket på en side av anordningen og redusert på den andre, idet en trykkgradient blir opprettholdt av de indre skillevegger som er beskrevet øvenfor. Hastigheten hvormed disse variasjoner skjer er lik bølgeperioden, som er 16 sekunder fra maksimum over minimum og tilbake til maksimum.

Forutsatt at skjørtet har tilstrekkelig dybde for å være tilpasset slammets karakteristika, vil således hastigheten hvormed vannet kan trenge inn i skjørtéområdet være for lavt til å påvirke reduksjonen og økningen i trykk under bunndelen i den periode xh hvori kreftene som forsøker å velte strupeanordningen er effektive. Bølge-krefter skifter retning og det er mulig at den svake vipping frem og tilbake som anordningen utsettes for skaper en pumpevirkning som forsøker å fjerne vann fra skjørtøområdet og filtersonen på grunn av de nevnte tilbakeslagsventiler. Dette betyr at ved å forsyne avvanningsrørene på forskjellige steder fordelt over bunnen med hver sin tilbakeslagsventil blir vann presset lokalt bort fra den side av anordningen som utsettes for en midlertidig trykkøkning idet ventilene hindrer tilbakestrømning av vann når kreftene byttes om og den siden av anordningen deretter utsettes for løfte-krefter.

Som et eksempel på størrelsesorden av de bunnsettings- og tilbakeføringskrefter som kan utvikles ved en anordning som har et bunnareal på f.eks. 55 70 m . 2, hvor tilnærmet det hele er forsynt med skjørt til en dybde av 9 m i et vanlig slamsjikt i Nordsjøen, vil en trykkreduksjon under bunnen på 0,0 7 kp/cm 2 frembringe en

ytterligere bunnsettingskraft som er lik en ballastøkning på

4000 ton og en tilsvarende økning i den effektive påkjenning på slammet, og en veltekraft på 40 000 ton som virker 64 m over havbunnen vil frembringe et tilbakeføringsmoment på over 2,5 mill. ton m.

I det tilfelle at avvanningsrøret eller -rørene 12 fører til en lagringstank 24 som er plassert en bestemt avstand under gjennom-snittlig havnivå og med passende dimensjonering av tanken i forhold til havbunnens permeabilitet, kan det opprettholdes et trykk-forskjell over anordningens bunn under en alvorlig storm, også dersom pumpen eller pumpene 26 skulle svikte.

Som nevnt foran er en pumpe forsynt for å fjerne vann fra avvan-ningsrøret eller -rørene 12, idet denne kan om det ønskes drives kontinuerlig eller intermitent for å sikre fjerningen av vann som forekommer innenfor skjørtet 13 og derved opprettholde et (redusert) differensialtrykk under bunnen som tillegg til bunnsettings-kreftene som virker på anordningen.

Skjørtet 13 vil selvsagt bli ineffektivt dersom bunnstrømmene er istand til å skylle bort sand- og slamsjiktet umiddelbart opptil det ytre av det nedsenkete skjørt og de utvendige avstivingsplater 15 har til viktig tilleggsfunksjon å forsøke å avlede slike strøm-mer og derved hindre bortskylling.

Virkningen til det indre skjørt 16 skal beskrives nærmere. Når en oljeboring skal gjennomføres vil en eller flere av føringene 11 bli fyllt med slam og dersom anordningen blir utsatt for sterke veltekrefter under disse forhold kunne dette slam strømme inn i rommet som dannes under bunnen og derved hindre dannelsen av under-trykk. Under disse forhold hindrer skjørtet 16 slammet fra å nå rommet mellom de to skjørt slik at det reduserte trykk fortsatt skapes over den vesentligste del av bunnen.

Claims (8)

1. Anordning som kan nedsenkes i et slamsjikt på en sjøbunn, som ved bunnen er forsynt med et ugjennomtrengelig skjørt som er i stand til å trenge gjennom slamsjiktet og omslutte ett eller flere skjørteområder som er avgrenset oppad av anordningens bunn, samt ledningsorganer for fjerning av vann fra dette eller disse områder, karakterisert ved at skjørtet (13} 16) omslutter en vesentlig del av anordningens bunnareal og at en ledning (12) er forsynt med midler for å lukke ledningen for å hindre fritt tilbakeløp av vann gjennom ledningen til skjørteområdet eller -områdene.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert v ed at et kontinuerlig skjørt (13) strekker seg rundt omkretsen til anordningens bunndel.

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at skjørteområdet som avgrenses av det kontinuerlige skjørt (13) er oppdelt med indre skilleorganer (23).

4. Anordning i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved et indre skjørt (16) som adskiller det indre av et skjørteområde fra et område av bunndelen som gjennomtrenges av en eller flere ledningsføringer (11) for oljeboring.

5. Anordning i samsvar med ett av kravene 1 til 4, karakterisert ved en masse av filtermateriale som er opptatt i en filtersone som faller sammen med skjørteområdet eller -områdene og som er plassert direkte over dette eller disse.

6. Anordning i samsvar med ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at ledningen (12) er forsynt med en tilbakeslagsventil som tillater bortførsel av vann fra skjørteområdet eller -områdene, men hindrer fritt tilbakeløp av vann til dette eller disse.

7. Anordning i samsvar med krav 6, karakterisert ved at ledningen (12) munner ut i en tank (24) som er plassert under havnivå under anordningens bruk og som holdes på at atmosfæretrykk.

8. Anordning i samsvar med ett av kravene 1 til- 7, karakterisert ved en eller flere pumper som kan drives for å til-føre væske under trykk til skjørteområdet eller skjørteområdene for å lette fjerningen av anordningen fra sjøbunnen.