NO841818L - Offshore-konstruksjon for produksjon av hydrokarboner eller fortoeyning av skip - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en konstruksjon som kan monteres på dypt vann og i sin øvre ende å bære et anlegg beregnet for forskjellig industrielle aktiviteter til sjøs,

og er særlig fordelaktig til bruk som en produksjonsplatt-

form for hydrokarboner og for fortøyning og lasting av olje-tankere, også på vanndybder som overstiger 1000 m.

Slike konstruksjoner som et avstivet boretårn og et leddet boretårn har vært foreslått for produksjon av hydrokarboner på dypt vann. Det avstivede boretårn, som er en "ettergivende" konstruksjon med en første egensvingningsperiode over området for bølgeperiodene (> 30 sek.) og sin annen egensvingningsperiode under dette (< 7 sek.) har et bruksområde'med hensyn til vanndybde som er ganske begrenset, og dette kan ikke overstige 500 m.

Denne konstruksjon er også for komplisert og kostbar til

å kunne brukes for produksjon på marginale (middels små)

olje- og gassfelter.

Det leddede boretårn medfører den ulempe at det omfatter et kritisk mekanisk element, nemlig universalleddet, i en sone som ikke er tilgjengelig for direkte imspeksjon og vedlike-

hold. Dessuten medfører den konstruktive diskontiuitet som utgjøres av universalleddet at ledninger for olje som forløper langs konstruksjonen også må omfatte ledd for å muliggjøre svingebevegelse. Dersom konstruksjonen brukes som en produksjonsplattform muliggjør denne utformning ikke at brønnhodene kan anbringes ved overflaten, men krever bruken av under-

vanns brønnhoder, hvilket medfører.en betydelig minskning av påliteligheten og en betydelig økning av omkostningene både for montering og drift.

For fortøyning av skip på dypt vann er det i norsk patent-ansøkning 82.2210 beskrevet en konstruksjon som omfatter et oppdriftskammer nær toppen, og denne konstruksjonen oppviser visse likhetspunkter med den foreliggende oppfinnelse. Konstruksjonen beskrevet i den nevnte ansøkning har egensvingningsperiode som er lenger enn bølgeperioden (> 30 sek.)/og den annen svingningsperiode ligger under bølgeperiodene med stort energi-innhold « 7 sek.). Den dynamiske oppførsel begrenser anvendelsen til vanndybder som ikke må overstige 500-600 meter.

Dessuten medfører fremgangsmåten ved fremstilling og montering, som krever at konstrukjsonen bygges, transporteres og monteres som en enkelt del, en begrensning med hensyn til vanndybden. Et annet forslag som oppviser visse likhetspunkter med foreliggende oppfinnelse er en fortøyningsbøye som består av et delvis neddykket bøyeelement som er forbundet med sjøbunnen ved hjelp av en vertikal kjetting som strammes på grunn av oppdriften til bøyene. Denne konstruksjonen kan ikke benyttes på store dyp, fordi det for å oppnå den nødvendige motstand mot horisontalkrefter måtte anvendes et meget høyt strekk (mange tusen tonn) i forankringslinen, og dette kan ikke oppnås ved hjelp av kjetting.

Konstruksjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse består hovedsakelig av et langt, vertikalt, sylindrisk, rør-formet element, som ved hjelp av endeelementer nederst er tilkoblet en bunnkonstruksjon og øverst et oppdriftskammer, som bærer< et fagverk som holder anlegget øverst.

Bunnkonstruksjonen kan enten stabiliseres av sin egen vekt eller av peler drevet ned i bunnen.

Den rørformede søyle og det nedre og øvre endeelement kan være laget av stål, armert betong, sammensatte komponenter (stål og betong) eller materialer.

Hensikten med oppdriftskammeret er å sette det vertikale, rør-formede element under høyt strekk og således sikre at konstruksjonen er i stand til å motstå horisontale krefter som virker øverst.

Sammenlignet med de nevnte bøyesystemer kan en konstruksjon

i henhold til oppfinnelsen, når det benyttes et stålrør som det vertikale strekkelement, muliggjøre meget høye strekk-krefter, i størrelse 10 000 tonn eller mere, slik at det oppnås den nødvendige stabilitet også på vanndybder som overstiger 1000 m.

Det øvre fagverk, som rager opp av vannet, og er fast forbundet med oppdriftskammeret, bærer øverst det anlegg som er nødvendig for anvendelsen av konstruksjonen.

Den ledning eller de ledninger som fører råoljen fra sjøbunnen til overflaten forløper langs aksen til konstruksjonen, enten på innsiden eller utsiden av denne, og bæres av konstruksjonen. Det midtre parti av den rørformede søyle har konstant tverrsnitt, og utsettes under bruk praktisk talt bare for aksialt strekk. Det nedre og øvre endelement utsettes imidlertid også for betydelig bøyepåkjenning, både statisk og dynamisk, og stiv-heten til disse elementer øker henholdsvis mot den nedre og øvre ende, slik at elementene tåler bøyepåkjenningene.

Konstruksjonen er dannet av fire separate enheter, og den

første består av bunnkonstruksjonen og det nedre endeelement,

den annen av den nedre halvdel av den sylindriske søyle, den tredje av den øvre halvdel av den sylindriske søyle og den fjerde av oppdriftskammeret, som med en ende er forbundet med det øvre endelement og med den annen ende er forbundet med fagverket. For transport føres den annen og tredje enhet teleskopisk inn i henholdsvis den første og fjerde enhet. Ved montering på bruksstedet føres de teleskopiske enheter fra hverandre og sammenføyes med hverandre og til de to øvrige enheter, nemlig den nedre og øvre enhet, ved hjelp av mekaniske klemanordninger som befinner seg i soner som ikke utsettes for bøyemomenter og som gjør at konstruksjonen blir sammenhengende fra sjøbunnen til overflaten. I motsetning til leddede boretårn muliggjør konstruksjonen i henhold til oppfinnelsen at ledninger for olje kan forløpe kontinuerlig langs konstruksjonen, på samme måte som ved konvensjonelle, faste konstruksjoner,

og dersom konstruksjonen benyttes som produksjonsplattform kan brønnhodene være anordnet på overflate-plattformen.

Dette gjør konstruksjonen egnet for produksjon fra marginale (middels små) olje-.og gassfelter på meget dypt vann, både fordi konstruksjonen er billig å fremstille og fordi den mulig-gjør at det kan benyttes i samme anlegg og fremgangsmåter som allerede benyttes for konstruksjoner som brukes på grunnere vann.

Fremgangsmåten for transport og montering av konstruksjonen,

med konstruksjonen delt i enheter som er teleskopiske, mulig-gjør anbringelse på mye større dybder enn ved bruk av sammenhengende konstruksjoner. Kjente konstruksjoner har en dynamisk oppførsel som kjennetegnes ved meget korte tegensvingningsperioder (< 4 sek.), hvilket er mindre enn svingningsperiodene til bølgene som har meget høyt energi-innhold, for å hindre resonansfenomener. Andre konstruksjoner, slik som boretårn med stag, har lenger første egensvingningsperiode enn bølgeperiodene, og den annen egensvingningsperiode er kortere enn periodene til bølgene som har stort energi-innhold.

En konstruksjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse medfører derimot ingen begrensninger med hensyn til egensvingningsperioder. På grunn av at konstruksjonen er meget fleksibel vil dens dynamiske oppførsel ligne oppførselen til en stram kabel eller et stigerør som er opphengt øverst, og konstruksjonen kan derfor også tåle egensvingningsperioder som ligger innen bølgeperiodeområdet (vanligvis fra 7 til 20 sek.) uten at det oppstår resonansfenomener som skaper uakseptable spenningstilstander. En typisk utføreslesform av konstruksjonen, for vanndybde på 1000 m, har følgende egensvingninsperiode: t = 90 s, T2= 20 s, T3= 12 s,

T, = 8 s, og det vil fremgå at periodene og T, kan skape resonansfenomener, ettersom de ligger innen området for bølge-periodene. Dynamiske analyser har vist at slike resonansfenomener i virkeligheten er meget små, både på grunn av den høye grad av dempning i vann og på grunn av at bølgekreftene varierer i vertikalretningen (F2, F^.i fig. 2) på en måte som motvirker den type vibrasjon (^ 2' M3 fig. 2) som tilsvarer resonansperioden.

I fig. 1 er det rørformede, midtre element med konstant tverrsnitt delt i to deler, en øvre del 1 og en nedre del 2. De to deler er sammenføyd ved hjelp av en mekanisk forbindelse 3. Den øvre del er ved hjelp av en mekanisk forbindlese 4 sammenføyd med det øvre endeelement 5. Den nedre del er sammenføyd ved hjelp av en mekanisk forbindelse 6 med det nedre endeelement 7.

De nevnte mekaniske forbindelser benyttes for å koble de forskjellige deler av konstruksjonen sammen under monteringen, og er slik at når forbindelsen er dannet danner de strukturell sammenheng mellom elementene.

Konstruksjonens stabilitet på sjøbunnen oppnås ved hjelp av bunnkonstruksjonsenheten, som består av en fagverkkonstruk-sjon 8 av rørformede elementer og bunnelementer 9.

Dersom tyngdekraft-prinsippet benyttes må bunnelementene inne-holde den nødvendige ballast for å sikre stabilitet på sjø-bunnen. Som et alternativ til denne metode kan det oppnås stabilitet ved at peler drives ned i bunnen.

Det øvre endelement er fast forfcundetmed oppdriftskammeret 10, som befinner seg i nærheten av overflaten.

Konstruksjonen 11 som rager opp over overflaten og er tilkoblet oppdriftskammeret består av en fagverkskonstruksjon av rørformede elementer eller et enkelt rørformet element.

På den øvre ende av den oppragende konstruksjon er montert plattformen 12, som omfatter de nødvendige anlegg for bruk av konstruksjonen. Ledningene 13 for å føre råolje fra sjøbunnen til overflaten forløper langs aksen av konstruksjonen i hele dens lengde.

I det følgende skal beskrives fremgangsmåten ved bygging, transport og montering av konstruksjonen i henhold til oppfinnelsen. Fordi konstruksjonen er av teleskopisk utførelse og er delt i to konstruksjoner som skal sammenkobles på mont- . eringsstedet, kan monteringen utføres i to forskjellige tids-perioder. Med henvisning til fig. 3 er monteringstrinnené følgende: i trinn I føres det nedre parti av det midtre, rørformede element 2 med et konstant tverrsnitt inn i den nedre konstruksjon som dannes av bunnkonstruksjonen 8, 9 og det nedre endeelement 7. Den første delkonstruksjon som er montert på denne måte tranporteres horisontalt (trinn II).

I trinn III fylles noen av rommene progressivt for å dreie konstruksjonen til en stabil, flytende, vertikal stilling.

Videre fylling av vann som ballast, (trinn IV) muliggjør at den kan anbringes på sjøbunnen ved hjelp av midler på overflaten. På dette tidspunkt må stabilitet for konstruksjonen på sjøbunnen sikres, og når tyngdekraften utnyttes gjøres dette enten ved å tilføre fast ballast i bunnkonstruksjonen eller, dersom bunnkonstruksjonen allerede inneholder ballast, ved å fylle oppdriftskammerene i bunnkonstruksjonen, som har vært tomme under transporten.

Dersom det benyttes fremgangsmåten med peler for bunnkonstruksjonen, må peler drives ned for å sikre stabilitet under alle forhold,i sjøen. I trinn VI føres det øvre parti av det midtre element 1 med konstant tverrsnitt inn i den øvre delkonstruksjon som er dannet av det øvre endeelement 5, oppdriftkammeret 10 og den oppragende fagverkskonstruksjon 11.

Den annen delkonstruksjon som er montert på denne måte transporteres horisontalt (trinn VII).

I trinn VIII fylles noen rom progressivt for å dreie konstruk-

sjonen til stabil, flytende, vertikal stilling.

I trinn IX heves det nedre parti av det midtre element 2 som befinner seg inne i den nedre delkonstruksjon, ved at det trek-kes fra overflaten, inntil den allerede anordnede, mekaniske forbindelse 6 mellom dette element og det nedre endeelement er opprettet. Samtidig med dette senkes det øvre parti av det midtre element 1 som inngår i den øvre delkonstruksjon, ved å fylle passende rom og ved hjelp av vinsjer inne i opp-drif tskammeret , inntil den allerede anordnede mekaniske forbindelse 4 mellom dette element og det øvre endeelement er opprettet.

På dette tidspunkt senkes den øvre delkonstruksjon ved delvis å fylle oppdriftskammeret, inntil den mekaniske forbindelse 3 mellom de to delkonstruksjoner er opprettet.

Etter fullførelse av denne operasjon fjernes ballastvann fra oppdriftskammeret, for å sette konstruksjonen under strekk.

En konstinuerlig konstruksjon fra sjøbunnen til overflaten er således dannet, i hvilken de tre mekaniske forbindelser som har muliggjort monteringen danner den strukturelle kontinuitet mellom de sammenføyde elementer.

I trinn X anordnes de vertikale ledninger for å bringe råolje fra sjøbunnen til anleggene på overflaten'. Dessuten monteres den øvre konstruksjon som inneholder de nødvendige anlegg 12.

Claims (5)

1. Offshore-konstruksjon for produksjon av hydrokarboner eller fortøyning av tankskip eller for annen industriell bruk, karakterisert ved at den omfatter et vertikalt, rørformet element som er tilkoblet ved hjelp av endeelementer som har bøyestivhet som øker mot endene, festet nederst til en bunnkonstruksjon og øverst til et neddykket oppdriftskammer som holder det rørformede element konstant under strekk og bærer et fagverk som rager opp over vannflaten, og holder innstallasjoner på toppen.

2. Konstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at de deler som det sylindriske, rørformede element er inndelt i er sammenføyd og festet til endeelementene under monteringen ved hjelp av mekaniske klemanordninger som sikrer fullstendig strukturell kontinuitet for hele konstruksjonen etter monteringen.

3. Konstruksjon som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at under transport av delene som det sylindriske, rørformede element er inndelt i er delene ført teleskopisk sammen i det nedre parti av konstruksjonen, idet bunnkonstruksjonen er sveiset til det nedre endeelement, og i det øvre parti dannet av oppdriftskammeret er deler. av det rørformede element ført teleskopisk inn i det parti som er dannet av> oppdriftskammeret, som med sin nedre ende er festet til det øvre endeelement og med sin øvre ende er festet til fagverket.

4. Konstruksjon som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at den helt eller delvis består av andre materialer enn stål,.slik som armert betong, titan, kevlar eller karbonfibre.

5. Konstruksjon som angitt i krav 1-4, karakter, i sert ved at ledningene for å føre olje fra sjøbunnen til overflaten er anordnet langs konstruksjonen, på utsiden eller innsiden av denne, og bæres av konstruksjonen.