SE438692B - Havsplattform for anvending i vatten med ismassor - Google Patents

Description

10 15 20 30 35 40 7900193-9 2. förhållanden, vilken hölls vid Norges tekniska högskola i Trondheim 13-30 augusti 1971. Ett annat dokument av intresse är Ben C. Gerwick, Jr. och Ronald R. Lloyd "Design and Construction Procedures for Proposed lrctic Offshore Structures" som presenterades vid Offshore Technology Conference i Houston, Texas, april 1970.

Då ett isflak rör sig i förhållande till och i kontakt med den sluttande ytan hos en konisk konstruktion kommer det att stiga utefter denna yta. Isflakets lyftning orsakar bildandet däri av initialsprickor, som sträcker sig radiellt utåt från kontaktpunkten.

Därefter bildas sprickor i omkretsriktningen, vilket gör att isfla- ket sönderbrytes i kilformiga stycken. Den ungefärliga totalkraft som utövas på en konisk konstruktion består då av den kraft som er- fordras fär att bryta isflaket genom böjning, dvs. den kraft som erfordras för att *ilda radiella initíalsprickor eller därefter sprickor i omkretsriktningen, och kraften av de brutna isstycken som klättrar på konstruktionens yta och verkar mot denna.

Den kraft som sammanhänger med bildandet av radial- och omkrets- riktade sprickor i isflaket är primärt en funktion av de speciella mekaniska och geometriska egenskaperna hos den is som stöter mot plattformen. Klättringskraften orsakas av de brutna isstycken som verkar mot plattformen och är sålunda beroende av plattformens area ovanför vattenlinjen. För att reducera de sammanlagda iskraf- ter som pâiöres en konisk konstruktion är det därför alltid önsk- värt att hålla konstruktionens diameter i vattenlinjen så liten som möjligt.

Större ismassor, såsom packisvallar, som stöter mot en konisk konstruktion, lyftes längs den sluttande ytan på denna, varigenom packisen brister genom böjning. Pâ samma sätt som vid isflak kom- mer en radiell spricka att bildas i vallen vid anslagspur.ten, och bildandet av en radiell spricka följes av bildande av "gångleds- sprickor" som uppstår på relativt större avstånd från konstruktionen.

Då ísvallen fortsätter att röra sig pâ konstruktionen kommer den att brytas i stora isblock som faller bort från konstruktionen.

Såsom redan nämnts är den kraft som en packisvall utövar mot en konstruktion betydligt större än kraften från ett isflak. Den ungefärliga totala kraft som utövas på en konisk konstruktion av en ísvall är en kombination av den kraft som erfordras för att bryta isvallen genom böjning och den kraft som orsakas av de brutna is- styckena, vilka bildas vid bristningen av isflaket som rör sig framåt framför packisvallen, klättrar upp på konstruktionens yta och verkar 10 15 20 25 30 35 7900193-9 3 mot denna. De stora isblock som bildas när en isvall brister genom böjning tenderar icke att klättra på konstruktionens yta. Klättrings- kraften utövas därför huvudsakligen av stycken av flakis som skjutes upp på konstruktionens yta.

Enär konstruktioner i vatten med stora ismassor utsättes för relativt större iskrafter, måste de byggas tillräckligt starka för att motstå dessa större krafter. Användningen av de hittills kända bottenburna koniska konstruktionerna erfordrar att konstruktionen stödes medelst ytterligare fundament, exempelvis pålning. Emeller- tid skulle detta öka anläggningskostnaderna och byggtiden. Utan yt- terligare fundamentstöd skulle konstruktionen behöva byggas större och starkare för att motstå de större iskrafterna, vilket skulle erfordra en ökning av konstruktionens diameter i vattenlinjen. Emel- lertid skulle detta öka den del av den totala iskraften, som samman- hänger med klättringen av isstycken på konstruktionen, enär klätt- ringskraften är proportionell mot konstruktionens area ovanför vat- tenlinjen. För en mycket stor vattenlinjediameter hos en konisk konstruktion skulle denna del av kraften vara väsentligt större än den kraft som erfordras för att bryta påstötande is genom böjning.

Dessutom skulle konstruktionernas totaldimensioner troligen ökas eftersom de är utförda för användning på djupare vatten.

Följaktligen blir de nuvarande konstruktioner för djupare vat- ten som utföres tillräckligt starka för att motstå krafterna från större ismassor dyrare att bygga och installera. I själva verket skulle dessa konstruktioner bli så tunga att byggkostnaderna blir prohibitiva. Föreliggande uppfinning avser en havsplattform som är i stånd att motstå krafterna från stora påstötande ismassor och som samtidigt är utförbar vad byggkostnader och dimensioner beträffar.

Uppfinningen avser en havsplattform som är konstruerad för arbete i isrika vatten och som är speciellt lämplig för användning på större djup, utan att vara begränsad till sådan användning, och där flakis och andra större ismassor, exempelvis packisvallar, förekommer.

Enligt uppfinningen är havsplattformen försedd med stödorgan som uppvisar en rampyta för de ismassor som rör sig i förhållande till och i kontakt med plattformen, och kännetecknas av de i patentkraven angivna kännetecknena. 10 15 20 25 30 35 ..._,..-_.-a_.__.._..___.i ...___..._. - _ - 7900193-9 Med uppfinningen reduceras de ískrafter som påförcs en havs- plattform med stödorgan för att stödja densamma på undervattens~ bottnen í vatten med ismassor, varvid stödorganen uppvisar en rampyta för ismassor som rör sig i förhållande till och i kontakt med plattformen.

Lutningsvinkeln hos överdelens väggar är mellan cirka 260 och 700 mot horisontalplanet och företrädesvis mellan cirka 54° och 580. Lut- ningsvinkeln hos underdelens väggar är mellan cirka 150 och 250 mot horisontalplanet och företrädesvis mellan cirka 190 och 230.

Denna konstruktion möjliggör att plattformen användes i relativt djupare vatten med isflak och relativt större ismassor utan att där- § med plattformens massa och kostnader i onödan ökas. ' Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas med hänvisning 1 till de bifogade ritningarna. Fig. 1 är en schematisk sidovy, delvis i sektion, och visande uppfinningens föredragna utföringsform. Fig. 2 visar schematiskt en sektion längs linjen 2-2 i fig. 1. Fig. 3 är en perspektivvy som visar över- och underdelen samt halsdelen vilka till- verkas av stålplåt.

På ritningarna visar fig. 1 en havsplattform 15 omgiven av vatten 30 och speciellt byggd för placering i arktiska hav där tjocka is- flak 20 och större ismassor såsom packisvallar 22 kan bildas. Platt- formen hålles kvar på havsbottnen 12 av sin egen tyngd plus tyngden av pålagd ballast, varom mera längre fram.

En arbetsplattform lO visas i fig. 1 och är försedd med en borrigg 45 på däcket 42. Annan konventionell borrutrustning (icke visad) kan även finnas på arbetsplattformen 10. Emellertid är uppfinningen icke begränsad till havsplattformar som användes för att uppbära borriggàr, .Den är lämplig för alla slags operationer som utföres i arktiska hav, där det finnes behov av skydd mot ismassor.

Arbetsplattformen lO kan innefatta ytterligare däck 40 och 41 för bostads- och arbetsändamål. Däcken kan vara inbyggda och uppvärmda för att erbjuda en rimligt komfortabel arbetsmiljö som skyddar personal och utrustning under vinterväder, då temperaturen kan sjunka ned mot -50°C. Plattformens inre kan även inrymma lagrings- och utrustnings- utrymmen 60.

Havsplattformen 15 är konstruerad att snabbt kunna ställas upp med full driftkapacitet vid en vald borrplats med möjlighet för för- 20 h) \Jl \ :I L) \ »I UI 7900193-9 5 flyttning till en annan och bringande i drifttillståni 'tan dröjs- mål. För detta inre för att säkra erforíerlig stabilitet när p seras och för att möjliggöra plattformens nedsänkande ändamål är ballasttankar 62 inbyggda i plattforrens n-l--š-J' 71-4 ~' '\' 'A .- a.ui:-men skal- osä- ....-~,~ ._ll fast bot- ten. Givetvis kan vattnet i ballasttankarna 62 avvägas för at' kom- pensera ojämn viktfördelning inom plattformen. Varje äallasttank är en :ef försedd med organ, exempelvis bottenventiler och ledning (icke visade) för fjärrkontroll av vattenmängien i ballast- n. konstruktionens deplacement kan instailae. f\ ,._.|..... z-.Lt tankarna, så Såsom nämnts är en borrigg 45 anordnad på däcket med annan konventionell borrutrustning (icke visad) för vid borrning av borrhål 90 i havsbottnen. Ett schakt 50 sträcker från däcket och nedåt genom plattformen till havsbottnen 12 för ~ +:~ ._ au..- .- L.......-::É5.......:LI1:.

L/ ,r användning Sl (N passage av en borrsträng 92. Eftersom det är både dyrt och svårt g: (D l Li (1 5'- I att bygga och installera en plattform i arktiska vatten är värt att plattformen ger möjlighet att borra flera borrhål à var=e plats. Exempelvis kan plattformen konstrueras för borrning a å hål eller flera till ett djup av cirka 6000 meter. Plattformen måste vara stor nog för all den utrustning som erfordras för ändamålet.

En havsplattform som är tillräc ligt stor för det ovan 'ri _: 4 :P .u 4 beskr*vna _... _.. borrningsarbetet väger flera tusen ton innan den försetts :ed borr- utrustningen. Dessutom kan vikten av existerande konstruktisner för på havsbottnen vilande plattformar ökas i den mån plattformen konstrue- ras för djupare vatten och för att motstå kraften från stïrre is- massor, exempelvis från paokisvallar. Då plattformen: v;kt :far 1 priset, kommer detta att öka med vikten. Üpp- konstruktion för havsplattform, speciellt för direkt samband mei finningen avser en djupare vatten, mer inte begränsad till sådana, som minimerar de på densamma påförda krafterna, då isflak och större ismassor stöter mot plattformen, och möiliggör samtidigt reduktion av mängden konstruk- tionsmaterial som skall inbyggas i plattformen och följaktligen av plattformens massa och pris.

Som beskrivits ovan kommer ett isflak som kommer 1 kontakt med den lutande ytan hos en konisk havsplattform att brytas genom böj- ning, varigenom isflaket sönderdelas i kilformiga stycken. Så is- flaket fortsätter att röra sig mot plattformen kommer de kilformiga isstyckena att klättra på plattformens ytterytor och i idealfallet störta ned därifrån och fortsätta förbi plattformen, Då de ismassor som stöter emot plattformen blir större ökas krafterna på šenna. Et: flertal åtgärder kan tillgripas för att undvika förstörande av de 10 15 20 25 30 35 40 7900193-'9 6 nuvarande konstruktionerna av koniska bottenståenie plattformar, om en större ismassa, exempelvis en packisvall, kommer i kontakt med plattformen. I första hand kan plattformens basdiameter och sålunda dess storlek ökas för att kunna motstå större iskrafter.

Vidare kan plattformen förses med en relativt flaokt lutande yta, f--LJ- uu vilket också ökar dess storlek, för a mottaga den påstötande pack- isvallen, varigenom den totala ískraften som packisvallen påför plattformen reduceras, enär den komposant av den totala kraften som orsakar bristning genom höjning minskar när den lutande ytans lutningsvinkel mot horisontalplanet minskar. Dessutom kan platt- formen stödas med pålar, vilket emellertid är oönskvärt på grund av de Större kostnaderna och den längre tiden för att förlägga plattformen till en vald borrplats.

För att motstå de större krafterna från större påstötande is- massor skulle sålunda storleken av de nuvarande konstruktionerna av koniska bottenstâende plattformar behöva ökas, vilket nödvän- diggör användning av mer konstruktionsmaterial i plattformen med åtföljande ökning av dennas massa och kostnad, varigenom plattfor- men skulle bli alltför dyr att bygga. Bessutom tenderar storleken att öka när konstruktionen avses för större vattendjup. När dessa plattformar bygges större ökar den totala iskraften på plattformen.

Såsom redan nämnts består den totala kraft som utövas på en konisk havsplattform i huvudsak av den kraft som erfordras för att genom böjning bryta sönder den påstötande ismassan och kraften av brutna stycken av isflak som klättrar på plattformens yttre yta. Klätt- ringskraften är beroende av isstyckenas vikt och av fríktionskraf- ten mellan isen och plattformens yttre ytor och därmed proportio- nell mot ytan av den koniska konstruktionen ovanför vattenlinjen.

Därför ökas klättringskrafterna på plattformen då dennas storlek ökar, och för koniska plattformar med relativt stor vattenlinje- diameter kan klättringskrafterna gott och väl överskrida den kraft som erfordras för att genom böjning bryïa den påstötande ísmassan.

Havsplattformen enligt uppfinningen som kan användas på djupare vatten är istånd att motstå krafterna från påstötande isflak 20 eller annan större ismassa, exempelvis en packisvall 22, utan att massan av och kostnaden för plattformen onödigtvis ökas. Denna plattform, fig. 1-5, är försedd med en konisk underdel 4 och en konisk överdel 6 som är koaxiellt anordnad i förhållande till under- delen för att bilda ett sammanhängande ytterhölje med en diskontinui- tet ZO0 och är utformad för att motstå ismassor som rör sig i för- lO 15 20 25 30 35 40 7900193-9 -J hållande till och i kontakt med lattformen. Detta ytterhölje avses att tillverkas av stålplåt, fíg. , spänd betong, kan användas. Stålplåten utgöres av plana plåtar som sträcker sig uppåt från basen mot en gemensam toppunkt till bil- -U men andra material, såsom för- KH dande av de stympade konerna 4 och 6. överdelen 5 har formen av en stympad rampyta l6, som lutar i förhållande till ytan l6 konvergerar uppåt och inåt från underdelen A. Plattformens kon, vars mantel bildar en horisontalplanet, så att underdel 4 har också formen av en stympad kon, men har större tvär- sektionsdiameter än överdelen 6, dvs. basdiametern av den kon som bildar överdelen 6 är mindre än den koniska underdelens 4 topp- under- och överdel. från basdelen 2 för till horisontal- än överdelens 6. diameter, varigenom bildas en avsats 200 mellan Underdelens 4 väggar konvergerar uppåt och inåt att bilda en rampyta 14 som lutar i förhållande planet, men med en lutningsvinkel som är mindre På detta sätt blir överdelens 6 vattenlinjediameter så liten som det är praktiskt möjligt för att reducera de klättringskrafter som verkar på plattformen. För att dessutom möjliggöra för platt- formen att motstå krafterna från större påstötande ismassor har den relativt stora underdelen 4 med mindre lutningsvinkel anord- nats, vilken erbjuder fördelen att reducera de krafter som påföres plattformen till följd av brytningen av packisvallar genom böj- ning. Dessutom reducerar den relativt stora underdelen risken för brytningar i plattformens fundament samt ökar den flytande platt- formens stabilitet. Avsatsen 2C0 mellan delarna 4 och 6 minskar anordningens totala massa och kostnad och gör den utförbar för djupare vatten.

Plattformens underdel 2 kan även vara konisk, så att väggarna konvergerar uppåt och inåt från havsbottnen 12, varvid basdelens toppdiameter är approximativt lika med underdelens 4 bcttendiameter.

Denna speciella form är värdefull, enär den ger plattformen ytter- ligare stabilitet då den förflyttas i vattnet. Dessutom kan bas- delens 2 rampyta bidra till brytning av en påstötande packisvall.

Givetvis kan basdelen 2 ha annan lämplig form, exempelvis cylindrisk. så att basdelens väggar står vertikalt från havsbottnen.

På djupare vatten sträcker sig större ismassor, t.ex. packisval- lar 22, ett ansenligt djup under vattenytan. När de rör sig rela- tivt konstruktionen 15 i kontakt med denna kommer kanten av vallen 22 att stöta på underdelen 4 och lyftas utmed ytan 14, varigenom isen bryts genom böjning. När isen föres upp efter ytan 14 bryts den 10 15 20 25 30 35 40 7900193-9 i block som tenderar att glida ned under isflaket som följer efter isvallen. Isblocken förs då undan på sidan om plattformen. Ytan 16 på överdelen 6 träffas av isflak som brister genom böjpåkänningen.

Om plattformen skulle stå på relativt grunt vatten uppfångar den koniska underdelen 4 isflaken och tryter dem och mindre packis~ enda kraft som verkar mot -. .n,,, vallar som stöter mot plattformen.

- -H överdelen 6 är "v klättringen av isziak så ytan 16. .l- D För at hjälpa isens rörelse i förhållande till och över över- delens 6 och underdelens A ytor och för att undvika att klättrande isstycken fryser fast vid dessa ytor kan någon lämplig frostskydds~ anordning användas. Sådant frostskïfid kan bestå i uppvärmning av plattformens ytor 14 och 16 såsom beskrivas i US patentskriften 3 831 385 eller i beläggning med ett material som minskar isens vidhäftning, såsom beskrives i US patentskriften 3 972 199.

Lutningsvinkeln hos plattforrens unierdel 4 och överdel 6 be- tecknas medJ\1 resp.oc2. Dessa båda vinklar är spetsiga vinklar med tillräcklig storlek för att genom oäjning orsaka brytningen av is- massor. Värdet ava,1 måste vara tillräckligt litet för att kraften för att bryta isen genom böjning av en stor ismassa minimeras. Emel- lertid får;¿1 icke vara för litet, eftersom då plattformens bas skulle bli för stor och plattformen skulle bli d_2 bör vara tillräckligt fär att plat-formens linjen skall minimeras, men icke så stort att resultatet blir att påstötande isflak brytes genom try kning i stället för genom böj- ning. Vid de flesta koniska plattformar :ei flera konvinklar kan för dyr. Värdet av yta ovanför vatten- . ~ . . ~ o . vinklarnack ochci vara mellan cirka 15” :ch 250 res . 26 till 705 1 2 från horisontalplanet. Det cirka l9° och 230 från horiscntalnlanet och förqï mellan cirka o o _ 2 54 och 58 . Den föredra na vinkeln fören resn.s_ är i huvudsak 1 - 2 beroende av tre faktorer, nämligen de vattenijupsområden i vilka plattformen skall placeras, den väntade storleken av isflaken och packisvallarna i dessa vatten och bottenegenskaperna där plattformen skall stå. Om en plattform med en avsatsyta skall användas i de djupare vattnen utanför norra Alaska blir ien föredragna storleken föredragna området för<11 är mellan avs., cirka 210 till horisontalplanet och avaiz cirka 560.

Såsom framgår av fig. är plattformens halsparti 8, som har cylindrisk form, koaxiellt anordnat ovanpå överdelen 6 och uppbär arbetsplattformen lO ovanför vattnet 30 på tillräcklig höjd för att undvika kontakt med isflak som klättrar på plattformen. “= kan bcgseras till borrplatsen i fär- -L/ Ehuru hela plattformen 'KH 10 7900193-9 9 íigt skick utan ytterligare byggnaisarbeien på platsen är det själv- fallet mäjligt och kanske önskvärt att ïogsera inäiviiuella sek- tioner av plattformen från tillverkningsplatsen till borrplatsen för hopmortering. Exempelvis kan basâele: 2 bogseras till borrplat- sen och placeras på havsbottnen 12. Därefter kan underielen 4 bogserae på basdelen 2 och fast fïrenas med denna medelst lämp- +41* ...-... iit, anbringas samma sätt kan överdelen E bogseras borrplatsen fas: förenas mel ienna. På liga organ. ?å och placeras ovanpå underdelen 4 och liknanie sätt kan plattformens ytterlisare komponenter monteras på borrplatsen.

Fördelarna med uppfinningen kan erhållas även vid mindre varia- formen av konstruktionen, vara yttre rampyta kan ha en med fler än två koniska delar eller två genom en avsats ytor, t.ex. delar av en rotatisnshyperboloid. tioner i geometri åtskilia

Claims (7)

7900193-9 10 Patentkrav

1. Havsplattform för användning i vatten med ismassor och försedd med stödorgan för att uppbära plattformen från havsbottnen, varvid stödorganen har en rampyta mot ismassor som rör sig i förhållande till och i kontakt med plattformen, k ä n n e t e c k n a d av att rampytan består av en underdel (4) med en stympat konísk vägg (14) som konvergerar uppåt och inåt, och en överdel (6) som uppbäres av och koaxíell med underdelen och som har en stympat konisk vägg (16) som konvorgerar uppåt och inåt med större lutning mot horisontal- planet än underdelens vägg och vilken har en basdiameter som är mindre än underdelens toppdíameter för bildande av en avsats (200) mellan över- och underdelens väggar.

Z. Havsplattform enligt kravet 1, k ä n n e t c c k n a d av att lutningsvinkeln mot horisontalplanet av underdelens (4) vägg (14) är mellan 150 och 250 och lutningsvinkeln mot horisontalplanet av överdelens (6) vägg (16) är mellan cirka 260 och 700.

3. Havsplattform enligt kravet Z, k ä n n e t e c k n a d av att lutningsvinkeln mot horisontalplanet av underdelens (4) vägg (14) är mellan cirka 190 och 230 och lutningsvínkeln mot horísontalplanet av överdelens (6) vägg (16) är mellan cirka 540 och 580.

4. Havsplattform enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att lutningsvinkeln mot horisontalplanet av underdelens (4) vägg (14) är 210 och av överdelens (6) vägg (16) 560.

5. Havsplattform enligt något av kraven 1-4, k ä n n_e t e c k- n a d av att underdelen (4) står på en basdel (2) som är anordnad att uppbära plattformen från havsbottnen (12).

6. Havsplattform enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att basdclen (2) har formen av en stympad kon med basdclens toppdia- 1 meter väsentligen lika med underdelens (4) basdiameter.

7. Havsplattform enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k- n a d av att en cylindrisk halsdel (8) är koaxiellt anordnad på över- delens (6) topp för att bära en arbetsplattform (10) ovanför vattnet.