NO176215B - Anordning for fundamentering av en fagverkskonstruksjon eller undervannsinstallasjon til havs - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning for fundamentering av en fagverkskonstruksjon eller undervannsinstallasjon til havs, for bruk ved olje- eller gassvirksomhet o.l., særlig hvor havbunnen består av forholdsvis fast sand eller av leire, og fagverkskonstruksjonen eller undervannsinstallasjonen omfatter et antall separate, men stivt innbyrdes forbundne ben som hver for seg fundamenteres på havbunnen. Videre er hvert av minst tre separate ben ved sin nedre ende forsynt med i det minste ett nedad åpent kammer som omfatter sidevegger eller skjørt innrettet til å trenge ned i sand-eller leirebunnen, og kammeret eller kamrene på hvert ben er tilforordnet en suge- eller pumpe-innretning som er individuelt regulerbar for etablering av tilstrekkelig relativt undertrykk i hvert kammer til å motstå en forutbestemt oppadrettet kraft gjennom det tilhørende ben.

Installasjoner som fagverksplattformer eller bunnrammer o.l. på havbunnen forankres oftest ved hjelp av peler. Pelene rammes ned i havbunnen ved hjelp av store hammere og peleføringer festet til installasjonene. Pelene støpes eller presses fast til peleføringene.

En alternativ måte å forankre plattform-installasjoner på, er å la deres fundamentareal være så stort at installasjonen er stabil når den plasseres på havbunnen. Dette prinsippet benyttes i forbindelse med gravitasjonsplatt-former. For å sikre at havbunnen, som kan bestå av sand, ikke graves ut under slike fundamenter, utstyres de oftest med en kant av stål eller betong som kan være en forlengelse av veggene, slik at kanten ("skjørtet") presses ned i havbunnen. Skal slike plattformer plaseres på bløt bunn, f.eks. på leirbunn, utstyres de med lengre skjørt, som kan trenge ned i hardere lag i havbunnen for å sikre stabilitet. Slike plattformer vil ofte være voluminøse, og de kan ballasteres slik at de får tilstrekkelig tyngde til at skjørtene presses ned i havbunnen.

Dersom det er nødvendig å presse skjørtene gjennom en kombinasjon av myke og harde lag av sjøbunnen, kan det på kjent måte også benyttes sugevirkning i kombinasjon med ballastering for å installere plattformen. Bruk av sug vil etablere et undertrykk inne i plattformens skjørt, slik at plattformen presses ned i havbunnen p.g.a. trykkdifferanse mellom skjørt og ytre vanntrykk. På bløt bunn har forank-ringssystemer for andre installasjoner til havs også vært basert på bruk av sug.

Ovenfor omtalte, kjente metoder fremgår også av patent-litteraturen, slik de følgende bemerkninger viser: Norsk patent 170.556 går ut på en fremgangsmåte ved installasjon av oppjekkbare plattformer basert på anvendelse av sugevirkning i kamre eller skjørt montert under plattformens ben. Oppjekkbare plattformer har imidlertid i foreliggende sammenheng helt andre egenskaper enn fagverksplattformer eller undervannsinstallasjoner, såsom bunnrammer. Først og fremst består dette i at oppjekkbare plattformer totalt sett ikke utgjør noen stiv struktur som kan føre til oppadrettede krefter i noe plattformben ved f.eks. sideveis påkjenninger (bølger, strøm, vind) mot plattformen. Patent-søknaden inneholder heller ikke noe nærmere om etableringen og reguleringen av sugevirkning.

Bruk av sugeprinsippet hvorved forankringselementer (f.eks. skjørtene) omfatter innretninger for evakuering av vann innestengt i elementene, er kjent fra norsk patentsøknad 86.22 00. Denne gir imidlertid ikke noen beskrivelse av fremgangsmåten for etablering av sug. Dette forhold er spesielt kritisk for nedsetting av lette installasjoner på forholdsvis hard havbunn, og foreliggende oppfinnelse angår særlig fagverksplattformer som nettopp er typisk lette installasjoner. Dette gjelder såvel stålfagverk som betong-fagverk. I denne sammenheng tar oppfinnelsen sikte på etablering av tilstrekkelig sug i permeable bunnmasser som kan være sand eller leire.

Norsk patent 135.677 gjelder i første rekke et gravita-sjons fundament som i operasjon alltid vil stå under trykk-belastning, idet kreftene blir tatt opp i de beskrevne kule-skall og skjørt. At det dreier seg om en gravitasjonsplatt-form fremgår også av de karakteristiske tre betongsøyler i spesiell utforming.

I klar motsetning til dette norske patent er foreliggende oppfinnelse primært rettet mot fundamentering av fagverksplattformer. Disse plattformene er karakterisert ved et separat fundament for hvert enkelt ben. Frem til nå har disse plattformene utelukkende vært fundamentert ved hjelp av peler. Pelene rammes ned i havbunnen med tunge hydrauliske hammere. Dette er en tidkrevende og kostbar prosess. Det er ikke kjent at plattformer av fagverkstypen er blitt fundamentert ved hjelp av skjørt der sug inngår som en aktiv del av både installeringen og den permanente bærekapasiteten til fundamentet. Installasjonstiden ved denne fundamenterings-metoden er antatt å bli mye kortere, og det er ikke nødvendig med tungt og kostbart installeringsutstyr. Metoden er også meget aktuell for bygging av flyttbare fagverksplattformer evt. undervannsinstallasjoner.

Britisk patent 1.088.804 angår likeledes en gravita-sjonsplattform hvor de opptredende rene trykkbelastninger tas opp av et skjørtefundament knyttet sammen i en triangulær basis. Konstruksjonen omfatter en eller flere stålsøyler med spesiell utformning. Sugevirkning besørges gjennom separate rør mot overflaten, og tilhørende pumper er plassert over vannflaten. Igjen dreier det seg om gravitasjonsfundamen-tering uten forekommende oppadrettede krefter gjennom søyler eller ben, slik som ved de lettere fagverksplattformer.

Ytterligere eksempler på kjent teknikk i denne forbindelse er å finne i

norsk patent 171.122

britisk patentsøknad 2.079.826

britisk patent 1.417.471

britisk patent 1.451.537

US-patent 3.863.457

US-patent 3.911.687

US-patent 3.928.982

US-patent 4.257.721 (pel)

US-patent 3.263.641 (anker)

På bakgrunn av den kjente teknikk fremtrer foreliggende oppfinnelse med nye og særegne trekk som berørt ovenfor, og som er nærmere angitt i patentkravene. Oppfinnelsen inne-bærer mulighet for betydelige kostnadsbesparelser ved fundamentering av fagverksplattformer og evt. undervannsinstallasjoner, sammenlignet med konvensjonelle fundamenterings-metoder for slike typer av konstruksjoner og installasjoner.

De foran omtalte oppadrettede krefter som oppfinnelsen særlig tar sikte på å bringe under kontroll, vil også kunne forekomme på bunnrammer og lignende undervannsinstallasjoner ved at ankere eller annet utstyr som trekkes opp eller slepes, kan hekte seg fast i disse.

Ved bruk av denne oppfinnelse på fagverksplattformer, undervannsinstallasjoner o.l., vil en installasjon med ben som har forankringselement bestående av kammer/skjørt og installert ved bruk av sug, i stor grad kunne erstatte peler selv for permanent forankring av slike installasjoner på middels hard til hard leire- eller sandbunn. Dermed kan kostbare peleoperasjoner til havs unngås, og det kan etableres tilstrekkelige krefter for forankring av installasjonen med skjørtefundament på havbunnen. De her aktuelle installasjoner har vanligvis ikke tilstrekkelig vekt til å penetrere skjørtene ned i havbunnen uten bruk av sug eller annen tilleggskraft. For middels hard til hard havbunn kan et spesielt kraftig sug være nødvendig. Størrelsen på suge-kraften må imidlertid kontrolleres svært nøye, slik at grunn-brudd unngås i installsjonsfasen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 i skjematisk oppriss viser en fagverksplattform

anbragt på havbunnen, og

fig. 2 viser i snitt en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen, i og ved den nedre ende av et av plattformbenene på fig. 1.

Det vises først til tegningens fig. 1.

På havbunnen 1 er det plassert en installasjon 2 av typen fagverksplattform i stål eller betong. Installasjonen har tre eller fire ben 8, som hvert er forsynt med et forankringselement (skjørt/kammer) 3 som er åpent nedentil og lukket med et tak 4. For at disse skjørtene 3 skal trenge ned i havbunnen slik at plattformen blir forankret, forutsettes det benyttet sug eller annen tilleggskraft. Det forutsettes at installasjonen først presses ned i havbunnen så langt som mulig ved egen vekt, slik at det oppstår en forsegling som følge av hedtrengningsdybden 5 for skjørtet 3 i havbunnen 1.

Det kan ifølge oppfinnelsen være en fordel å utstyre installasjonen med en eller flere tanker 6 som fylles f.eks. med betong etter at installasjonen er satt på havbunnen, hvorved en ytre tilleggskraft etableres. Tanken(e) 6 kan for andre operasjoner gjøre tjeneste som oppdriftstanker. For fagverksplattformer kan også benene 8 fylles med betong (tanker kan ansees integrert i benene 8) og for undervannsinstallas joner kan skjørtene stikke opp over havbunnen og fylles med ballast. Deretter pumpes vann forsiktig ut av skjørtene. Det undertrykket (suget) som oppstår i skjørtene ved at ytre vanntrykk er større enn trykket i skjørtene, fører til at skjørtene presses ned i havbunnen. Dette suget kan kontrolleres på forskjellige måter og representerer noe av det viktigste ved denne oppfinnelsen.

Kamrene innenfor skjørtene 3 er tilkoblet separate pumper 7, slik at undertrykket (suget) kan reguleres og være forskjellig for hvert kammer. Derved blir det mulig å styre slik at plattformen 2 kan rettes opp dersom det oppstår skjevheter i installasjonsfasen eller dersom havbunnen 1 består av inhomogent materiale eller har en helning.

Kamrene 3 kan med fordel kommunisere med hulrom 12 i plattformens ben 8, hvor det gradvis kan etableres undertrykk. Herved oppstår et spesielt stort volum hvor det er differanse-trykk med ytre vanntrykk. Den sugevirkningen som da oppstår er spesielt stor, og dette vil føre til at skjør-tene trenger ned i havbunnen. Nedtrengningshastigheten blir kontrollert ved hjelp av størrelsen på suget. Det bemerkes at det er nødvendig å kontrollere suget slik at det ikke utilsiktet etableres åpne kanaler for vanninnstrømming under skjørtespiss 9 eller andre bruddformer i bunnmassen. De nevnte hulrom har fortrinnsvis form av rør eller kanaler 12 som strekker seg gjennom en vesentlig del av hvert ben, vanligvis helt til toppen av benet.

Basert på omfattende storskalaforsøk er det i forbindelse med denne oppfinnelse etablert nye teoretiske modeller for å beregne nødvendig sug i sand med forskjellige egenskaper. På grunnlag av disse beregningene kan pumpene 7 bli plassert i en dybde Ah under havflaten 20, slik at nødvendig undertrykk oppnås. Undertrykket kan bli etablert ved at pumpene 7 pumper ut vann i plattformens ben 8. Undertrykket blir så via rørsystem 12 og tilhørende ventiler 13 etablert i skjørtekamrene 3. Forskjellig undertrykk i respektive skjørtekammere kan etableres ved aktiv operasjon av ventilene 13 og vannstandsnivået i benene 8. Undertrykket kan også etableres ved at pumpene 7 direkte pumper vann ut av skjørte-kamrene 3. Pumpene kan evt. være inj ektorpumper.

Kamrene eller skjørtene 3 kan utstyres med dyser 10 som det kan spyles vann fra (f.eks. fra en tank 11 på plattformens topp) slik at bunnen under skjørtespiss 9 eller langs kantene av skjørtene, løses opp før skjørtene føres ned. Dette reduserer motstanden mot penétrasjon sterkt.

De ovenfor nevnte dyser 10 kan også til slutt benyttes ved fjerning av plattformen 2 ved at det spyles vann gjennom dysene, hvorved kontakten mellom bunnlagene rundt skjørtene og skjørtene selv reduseres. Det blir derved mulig å løfte plattformen 2 fra havbunnen 1 ved hjelp av tilstrekkelig ytre løftekraft etablert f.eks. ved hjelp av kranlektere. Et viktig bidrag i denne forbindelse kan også fremkomme ved å pumpe vann inn i de nevnte hulrom 12 i benene 8 for dannelse av relativt overtrykk i kamrene 3.

Gjennom den tidsperiode den aktuelle installasjon eller konstruksjon står i regulær drift ute på et felt, kan det som nevnte forekomme påvirkninger eller påkjenninger som gir tendens til opptrekking av et eller flere ben. Ved slike forsøk eller begynnende opptrekking vil det på grunn av undertrykket i de beskrevne kammere bli utviklet en for-sterket sugevirkning som øker motstanden mot ytterligere opptrekking. Dette er en meget vesentlig og spesiell virkning i forbindelse med foreliggende oppfinnelse.

Diverse modifikasjoner er mulig i forhold til den utførelse som eksempelvis er beskrevet og illustrert på tegningen. Således kan det kontrollerte, relative undertrykk eller sug i hvert kammer 3 tilveiebringes på i og for seg kjent måte ved å sørge for at hulrom i tilhørende ben 8 holdes tomme for vann, og at en rekke ventiler på rør tilsvarende rørene 12 opereres etter valg for etablering av en vannsøyle med ønsket høyde og dermed tilsvarende relativt trykk i kammeret. Kamrenes form og størrelse kan åpenbart varieres innen vide grenser, men vil være bestemt bl.a. av forekommende belastninger og krefter.

Claims (5)

1. Anordning for fundamentering av en fagverkskonstruksjon (2) eller undervannsinstallas jon til havs, for bruk ved olje-eller gassvirksomhet o.l. særlig hvor havbunnen (1) består av forholdsvis fast sand eller av leire, og fagverkskonstruksjonen eller undervannsinstallasjonen omfatter et antall separate, men stivt innbyrdes forbundne ben (8) som hver for seg fundamenteres på havbunnen, hvor hvert av minst tre separate ben (8) ved sin nedre ende er forsynt med i det minste ett nedad åpent kammer (3) som omfatter sidevegger eller skjørt innrettet til å trenge ned (5) i sand- eller leirebunnen, og hvor kammeret eller kamrene (3) på hvert ben (8) er tilforordnet en suge- eller pumpe-innretning (7) som er individuelt regulerbar for etablering av tilstrekkelig relativt undertrykk i hvert kammer (3) til å motstå en forutbestemt oppadrettet kraft gjennom det tilhørende ben (8) , karakterisert ved at i det minste ett ben (8) er konstruert med indre hulrom (12) i tilknytning til suge-eller pumpe-innretningen (7) og innrettet til å kommunisere med tilhørende kammer eller kamre (3) gjennom en eller flere ventiler (13), for regulering av det nevnte undertrykk, og at de indre hulrom har form av rør eller kanaler (12) som strekker seg gjennom en vesentlig del av benets høyde.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at en pumpeinnretning (7) er anordnet i minst ett av benene (8) og fortrinnsvis plassert på et nivå (Ah) liggende under havflaten i konstruk-sjonens installerte stilling på havbunnen, idet nivået (Ah) er avpasset i forhold til det undertrykk som ønskes etablert.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at i det minste ett ben (8) er utstyrt med en tank e.l. (6) til å motta en fyllmasse, såsom betong, etter nedsenkning til havbunnen (1), for ballastering fortrinnsvis forut for den nevnte etablering av undertrykk.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at tanken e.l. er tildannet som en integrert del av benet.

5. Anordning ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at kammeret eller kamrene (3) er forsynt med dyser (10) fortrinnsvis plassert nær de nedre kanter av skjørtene og innrettet til å tilføres vann under trykk for på i og for seg kjent måte å løse opp til-støtende masser på havbunnen (1).