NO780922L - Betongtaarn. - Google Patents

Description

-Den foreliggende oppfinnelse vedrører en marin konstruksjon for utnyttelse av naturforekomster under havbunnen. Oppfinnelsen fremgår av kravene.

På store havdyp har forslagene til plattformer stort sett vært

av tre typer: plattformer stående fast på havbunnen, leddede plattformer og flytende plattformer. Den foreliggende oppfinnelse, som er en leddet konstruksjon, vil stort sett være aktuell på

dyp over 150-200 m. Her begynner faste plattformer å få tekniske problemer, og de blir også meget dyre. Flytende plattformer egner seg bra på disse dyp, men det har vist seg at med dagens teknologi vil særlig stigerørene volde tekniske problemer. En flytende plattform vil også ofte få for liten kapasitet med hensyn til dekkslast og oljelager.

Leddede konstruksjoner er tidligere kjent i forbindelse med oljeutvinning i Nordsjøen. Et eksempel er lasteanordninger på Beryl-feltet, og et annet er avbrenningstårnet på Brent-feltet. Dette er imidlertid lette stålkonstruksjoner som bare egner seg for mindre spesielle oppgaver som nettopp lasting og avbrenning. Det vil være vanskelig å benytte en slik konstruksjon til

f.eks. produksjonsplattform.

Den kjente teknikk som ligger nærmest foreliggende oppfinnelse

er antagelig den som er beskrevet i britisk patentskrift nr. 2,591,075. Her er beskrevet en fast bunnkonstruksjon (template) samt et betongtårn som er leddet til bunnkonstruksjonen. Leddet består av kabler som er slik arrangert at de skal ta seg av både vertikalkrefter, horisontalkrefter og vridningskrefter i hori-sontalplanet. Det praktiske arrangement blir imidlertid vanskelig ved denne konstruksjon. Kabler og skiver blir store, og helej

jarrangementet blir så komplisert at det vil være risikabelt |å stole på det på store dyp.

Den foreliggende oppfinnelse gjelder en konstruksjon som har følgende fordeler: 1. Nyttelast og dekksareal kan gjøres meget store uten spesielle vanskeligheter.

2. Et stort lager for naturforekomster kan inkluderes.

3. Konstruksjonen kan utføres i betong med alle betongens vel kjente fordeler. 4. Byggeteknikken er enkel dersom tilstrekkelige dybder fore-finnes, og er meget lik den kjente og utprøvede byggeteknikk som benyttes for gravitasjonsplattformer. 5. Noen brønner kan bores før tårnet installeres. Derved forbedres kontantstrømmen.

6. Bore- og kompletteringsteknikken kan gjøres meget lik

den konvensjonelle for faste plattformer. Brønnhodene kan plasseres på dekk. 7. Leddet mellom template og tårn er meget enkelt og består av enkle komponenter. 8. Komponentene i leddet kan vedlikeholdes og skiftes ut under drift.

9. Dykking er nesten ikke nødvendig.

10. Plattformen er lite sårbar for jordskjelv.

11. Konseptet dekker et stort dybdeområde, kanskje fra 100 til 1000 m. 12. Betongkonstruksjonene er meget enkle å utføre.

I.

13. Prisen på plattformen er forholdsvis lav.

±4. Hvis tilstrekkelig dybder for konstruksjon og uttauing ikke foreligger, er det mulig å bygge og å taue ut plattformen horisontalt.

Konstruksjonen består av en bunnkonstruksjon (template) som plasseres på sjøbunnen, et tårn av betong plassert over templaten og en leddkonstruksjon slik at tårnet kan svinge fritt. Leddet består av kabler/stenger som tar vertikalt strekk, dybler som skal ta horisontalkrefter og vridningsmomenter i horisontal-planet, samt eventuelt et lager som skal ta vertikalt trykk. Oppfinnelsen forklares best ved hjelp av et eksempel.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt av en plattform på 300 m dyp.

Fig. 2 viser et horisontalsnitt av tårnet.

Fig. 3 viser templaten i grunnriss .

Fig. 4 viser et horisontalsnitt av tårnets nederste del.

Fig. 5 viser et vertikalsnitt av template samt tårnets nederste del. Fig. 6 viser et annet vertikalsnitt av template og tårnets nederste del, og Fig. 7 viser leddkonstruksjonen for en annen versjon av oppfinnelsen (ute av målestokk).

Plattformen består av tre hoveddeler: templaten 1, tårnet 2 og dekket 3. Templaten 1 har to hovedformål. Den skal være fundament for de forhåndsborede brønner og den skal være et fast fundament for tårnet. Templaten består av en bunnplate 4 og en kjerneseksjon 5. Den er festet til grunnen med peler 10.

Tårnet består av åtte flyteceller 6 samt en sentral sylinder 7. Flytecellene er lukket i sin nedre ende med kuleskall 8. For å beholde flyteevne og stabilitet i tilfelle av uhell, er cellene delt opp ved hjelp av kuleskall 11. Noe fast ballast 12 er plassert i cellene 6, mens resten av ballasten består

av vann eller lagrede naturforekomster.

Mellom cellene 6 og sylinderen 7 er det et åpent område 9.

Sentersylinderen 7 er åpen nede og vil derfor normalt være vannfylt. Der er dog en plate 13 lenger oppe. Denne gjør det mulig å presse ut vannet i den nederste del av sylinderen med gass under trykk. Arbeid kan derfor utføres her under hyperbariske forhold.

Dekket 3 er en konvensjonell konstruksjon av stål eller betong

og trenger ingen nærmere beskrivelse. Produksjonsutstyr, boreutstyr, hotell, helikopterdekk, avbrenningstårn osv. er plassert på dekket som på en vanlig plattform.

Leddet består av tre hovedkomponenter: kablene 14, dyblene 15

og lageret 16.

Der er seksten kabler, hver med en flytegrense på 800 t.

Kablene er ca. 50 m lange. Deres nedre ende er festet i templaten og deres øvre ende i sentersylinderen.

Dyblene 15 er stålrør med diameter 1,4 m. De er innspent i

nedre ende av sentersylinderen 7. De går ned i små forsenkninger 17 i templaten slik at de kan bevege seg fritt vertikalt, men

er forhindret fra å bevege seg horisontalt. Der er fire dybler med en total kapasitet på ca 10.000 t.

Lageret 16 er et sirkulært stållager med diameter 2 m. Det er opplagret på elastisk underlag.

Normalt vil tårnet ha en oppdrift på 2-4000 t, slik at kablene

er belastet med 15-30% av deres kapasitet. Lageret er da ubelastet.

Under ekstraordinære forhold, f".eks. lekkasje i en av cellene, vil lageret kunne bli belastet inntil tilstrekkelig ballast er pumpet ut.

Tårnet vil kunne få en helning på opptil 3° ved ugunstige vær-forhold. Forlengelsen av kablene vil da være - 1 cm. En 50 m

lang kabel kan ha en forlengelse på 35-40 cm før den flyter. Kablene er derfor istand til å ta opp forlengelsen elastisk.

Når en kabel skal skiftes ut under drift foregår dette slik: Den nye kabel fires ned gjennom hull i platen 13 og henges opp. i underkant av denne. Hullet tettes og vannet i sylinderen 7 under platen 13 presses ut av komprimert gass. Folk går ned i arbeidsrommet 37 gjennom slusen. 18. Den gamle kabel løsnes nede og oppe, heises opp og henges under, platen 13. Den nye kabel heises ned og festes oppe og nede. Etter at vannet er kommet tilbake i arbeidsrommet 37, åpnes så hullet i platen 13 og den gamle kabel heises opp.

En dybel.15 skiftes ut på tilsvarende måte som en kabel. Hvis lageret 16 skal skiftes, må fem kabler fjernes og lageret kan da trekkes ut sideveis.

Kablene bør være avsluttet med bolt og mutter i begge ender. De kan derved festes ved ganske enkelt å skrues fast. BBRV kabler RR-6-178 kan f.eks. brukes.

Templatens kjerne 5 er stort sett massiv betong, men har et sentralt rom 19. Kablene går gjennom huller 20 i taket på dette rommet og festes på undersiden . Åpningen 21 gjør det mulig å komme inn i rommet. Ettersom disse åpninger ligger høyere enn underkant av sentersylinderen 7, er det mulig å fylle også rommet 19 med komprimert gass når arbeidsrommet 37 er det.

Den statiske forbindelse mellom celler 6 og sentersylinder 7 består av radielle vegger 22 samt en åttekantet sylinder 23. Denne konstruksjon er ca. 20 m høy og er plassert nederst i tårnet 2. For å få tilstrekkelig lengde på kablene 14 er kabelfestet formet som en vertikal sylinder 24 som strekker seg opp til den nødvendige høyde. Kablene går i huller 25 i sylin-

derveggene.

i

Dyblene 15 er festet i horisontale plater 26 som har hull for dyblene.

Boringen foregår i det åpne område 9 mellom cellene 6 og sylinderen 7. Noen brønner kan bores før plassering av tårnet og forlenges til dekknivå etter plassering. Resten av brønnene bores fra dekket 3 på vanlig måte. Brønnene holdes fortrinnsvis under strekk slik at man unngår føringer. Derved får brønnrørene stor fleksibilitet og rørene kan følge tårnets bevegelser ved å bøye seg og uten at flytning inntrer. Man ser at brønnene blir plassert i skjermet område beskyttet mot bølger, strøm,

vind, is, kollisjoner etc.

Lager, f.eks. for olje, får man ved å bruke flytecellene 6 som oljetanker. Arrangementet kan være tilsvarende det for en normal gravitasjonsplattform. Tankene er alternativt fylt med olje eller vann, som får et lavere trykk enn den omgivende sjøen. Derfor må oljepumpene plasseres nede i en spesiell ballastsylinder for å kunne løfte oljen til dekksnivå. Celle-' veggene må kunne motstå det ytre vanntrykk.

Det er også mulig å la tårnet flyte på de indre kuleskall 27,

slik at disse danner bunn istedetfor skallene 8. Skallene 8 kan da utføres med en åpning. Rommet 28 under skallene 27 utnyttes nå til oljelager. Oljen vil holdes på plass fordi den er let-tere enn vann og trykket i lageret vil nå bli større enn det utvendige vanntrykk. Veggene vil kunne gjøres tynnere, men må

til gjengjeld forspennes for å kunne ta strekket. Olje-

pumpene kan plasseres på havnivå fordi vanntrykket vil presse oljen opp minst til dette nivå.

Separate vannballasttanker må være med for å kunne kompensere

for forskjellen i oppdrift ettersom oljelageret er fullt eller tomt.

Det er også mulig å utnytte tårnet 2 direkte som lastebøye.

Dette er en stor fordel ettersom rørlegging på store dyp er kostbart og risikabelt. En betongplate 29 går rundt tårnet

noen meter over havnivå. På denne plate går det skinner og en vogn med fortøyningsutstyr og fremdriftsmaskineri løper på idisse skinnene. Når tankbåten 30 er fortøyd, kan derfor for-

tøyningsutstyret følge med ettersom.tankeren beveger seg rundt

plattformen.• Vognen kan også låses fast. Lastingen foregår fra armer 31 som står fast, men kan svinges. Det må derfor være flere armer slik at man alltid kan laste fra en arm ettersom skipet beveger seg rundt plattformen.

Ved bruk av en konstruksjon ifølge oppfinnelsen er det altså teoretisk mulig å unngå ledninger på sjøbunnen helt. Oljen kommer opp gjennom brønnene, prosesseres på dekket, pumpes ned i lageret og pumpes derfra opp igjen og direkte i tankbåter.

Dersom man likevel ønsker rørledninger med stigeledninger til dekk kan dette utføres på følgende måte: Man trekker opp betongsylindere sammen med hovedcellene 6. Disse sylinderne kan ha en indre diameter på 3 - 4 m. I bunnen er det en plate med et hull som kan avstenges. Stigerøret monteres i sylinderen ved land. Etter installasjon trekkes rørledningen inn under stigerøret. Rørledningen er bøyet av 90° og har bendet vendt oppover. Når ledningen er like under stigerøret løftes ledningen opp gjennom hullet i platen. Det tettes rundt . ledningen og sylinderen pumpes tom. Ledningen sveises til stigerøret og sylinderen fylles igjen med vann. Til slutt fjernes tetningen og stigerøret med bendet senkes ned til det hele hviler på sjøbunnen igjen.

Fabrikasjonsmetoden for konstruksjonen skal kort beskrives:

1. Templaten 1 blir bygget på land.

2. Templaten legges på en lekter, slepes til feltet og senkes på plass av en kranlekter. 3. En flytende plattform ankrer over templaten og instal-lerer pelene 10. 4. Den flytende plattform borer opp noen av brønnene på vanlig måte. 5. Ankere for den senere installasjon av tårnet legges ut. 6. Bunnseksjonen av tårnet 2 bygges i tørrdokk. Dette gjøres samtidig med punkt 1. 7. Bunnseksjonen taues tillet dybvannssted og oppankres

her.

• 8. Cellene 6 og sylinderen 7 trekkes opp med glidefor-

skaling. Den faste ballast fylles. Glidestøpningen

avbrytes mens kuleskallene støpes.

9. Dekk og dekksutstyr monteres.

10. Tårnet slepes i vertikal posisjon til feltet og legges i ankrene (punkt 5).

11. Tårnet senkes ved å slippe inn vann.

12. To forhåndsinstallerte lededybler entrer tilsvarende ledeåpninger i templaten. Tårnet senkes inntil det hviler på lageret 16. 13. Arbeidsrommet 37 samt rommet 19 lenses for vann ved hjelp av komprimert gass. De permanente dybler 15 kablene 14 installeres. Lededyblene fjernes. 14. Ballastvann pumpes ut av tårnet inntil det får den foreskrevne oppdrift.

15. Boring, installering av stigerør etc. begynner.

Fig. 7 viser en annen versjon av oppfinnelsen'hvor alt arbeid under overtrykk er unngått. Figuren viser bare de sentrale delene av plattformen rundt sentersylinderen 7 og templatens kjerneseksjon 5. Figuren er helt ute av målestokk.

I den annen versjon av oppfinnelsen blir alt arbeid med installering og utskifting av leddets komponenter utført fra et dekke 32 over havnivået 33. Platen 13 er fjernet og sylinderen 24 forlenget opp over havnivå. Sylinderen 24 er innvendig åpen hele veien fra bunn til topp.

Dyblene 15 er ikke noe forandret fra første versjon, men de er hengt opp i kabler eller stenger 34 slik at de kan heves og senkes fra dekket 32.

Kablene 14 går som før gjennom huller 25 i veggene på sylinderei 24. De går nå helt over havnivået 33 og kan derfor skiftes

ut fra dekket 32. Festeanordningen i nedre ende må være auto-matisk slik at kablenes nedre ende kan festes og løses fra dekket 32.

Lageret 16 er ikke sirkulært, men avlangt, slik at det kan senkes

jforbi knastene 35, dreies 90° og derved få opplegg på under-

siden av knastene. Lageret er festet til en stang 36 slik at

i'ogsa dette kan manøvreres fra dekket 32.

Stangen 36 kan lett avstives mot sylinderveggene 24 slik at lageret om nødvendig kan hvile permanent på stangen.

Kablene 14 kan■eventuelt være stenger.

Det kan tenkes at kablene 14 bør forspennes slik at lageret 16 har et visst trykk permanent.

Man kan godt utelate hele lageret 16. I så fall bør man

sette på en dempningsanordning mellom tårnet 2 og templaten 1, fordi tårnet ellers kan komme i vertikale svingninger på grunn av kablenes elastisitet.

Hvis man fjerner lageret 16 kan tårnet 2 senkes til sylinderen 7 hviler direkte mot templaten 1. Man kan da, eventuelt ved hjelp av en tetningsanordning, få sylinderens 7 indre avstengt mot sjøen. Dersom man da pumper sylinderen 7 og rommet 19 tomt kan man komme til hele leddkonstruksjonen i luft under atmosfærisk trykk. Denne operasjon kan bare utføres når været er så fint at tårnet nesten ikke beveger seg.

I tillegg til cellene 6 kan man ha noen lukkede tilleggsceller som er avsluttet under vannflaten. Dette vil redusere de vertikale bølgekrefter på tårnet.

Det sier seg selv at beskrivelse og tegninger kun dekker utførelseseksempler, og at en rekke versjoner og kombinasjoner kan tenkes innenfor oppfinnelsens idé.

Alle tegninger unntatt fig. 7 er i målestokk og hvor dybde-angivelsene er angitt i meter.

Claims (11)

1. Marin konstruksjon for utnyttelse av naturforekomster omfattende en template (1) og et tårn (2) som er leddet til templaten, karakterisert ved at leddet omfatter lange kabler e.l. til å ta vertikalkreftene og dybler til å ta horisontalkreftene.

2. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at leddet også omfatter et bærelager.

3. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at tårnet omfatter en rekke vertikale celler som går fra bunn til dekksnivå.

4. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at tårnet omfatter en åpen vertikal sylinder (7).

5. Konstruksjon ifølge krav 4, karakterisert ved at leddet er plassert i sylinderens nederste del.

6. Konstruksjon ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at sylinderen (7) helt eller delvis kan tømmes for vann ved hjelp av komprimert gass.

7. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at rørledninger med bend kan trekkes under tårnet, løftes opp gjennom et hull i bunn-platen og sveises til et. stigerør.

8. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at konstruksjonen har et dekk (3).

9. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at konstruksjonen er utstyrt med utstyr som f.eks. produksjonsutstyr, boreutstyr, lager, av- .brenningstårn, hotell, lasteutstyr e.l.

10. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at alle leddkomponenter kan skiftes ut uten at man arbeider under overtrykk.

11. Konstruksjon ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at tårnet omfatter noen celler som avsluttes under havnivå.