NO309134B1 - Skrogkonstruksjon for ett-skrogs fartöy - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en skrogkonstruksjon for ett-skrogs fartøy, særlig beregnet for bore-og produksjonsoperasjoner i stort sett stasjonær posisjon.

Oppfinnelsen er særlig relatert til utforming av skrog til ettskrogsskip som er særlig egnet til å bore petroleumsbrønner til havs og for intervensjon av denne brønntype for eksempelvis å kunne utføre vedlikehold i brønnen. Med oppfinnelsen tas det sikte på å frembringe en skrogfasong for et fartøy som gjør fartøyet særlig vel-egnet til å gjennomføre denne type brønnoperasjoner på dypere vann og til havs, og slik at fartøyet kan være operativt selv under vanskelige værforhold med store bølger, strømsjø samt sterk vind.

Boring etter olje og gass til havs gjennomføres enten med flytende borefartøyer eller bunnfaste innretninger. De kjente flytende fartøytyper kan enten være halvt nedsenkbare borerigger, som også kalles semisubs, eller kan omfatte boreskip for denne type operasjon.

Halvt nedsenkbare borerigger har fått utstrakt anvendelse i værharde områder til havs fordi denne riggtypen har en særlig gunstig bevegelsesrespons i forhold til bølger. Med gunstige bevegelser av fartøyet mener en at utslagene, dvs. amplitudene, under hiv, rulling og stamp-ing er relativt små i store bølger. Det er svært fordel-aktig å oppnå små amplitudebevegelser fordi man da kan sette mindre krav til boreutstyret ombord på riggene.

Samtidig er responsperioden lang dvs gjerne 15-16 sekunder eller mere. Responsperioden defineres som tids-forløpet fra et maksima og tilbake til det samme maksima. Lange responsperioder er gunstig for utstyret som står ombord i borefartøyet fordi akselerasjonene i bevegelsene derved blir moderate, noe som også setter mindre krav til utstyret ombord i riggen.

De gunstige bevegelsene til halvt nedsenkbare rigger skyldes at denne type flytende boreinnretninger består av en rekke vertikale søyler som bryter vannlinjen, samtidig som at søylene strukturmessig er bundet sammen av inn-retningens dekk og av horisontale pongtonger under vann-flaten. Her skal det bemerkes at med skrogets naturlig vannlinje, mener man den naturlige vannlinje når skroget er ferdig utbygget med innredning, maskineri osv til et fartøy, såsom et boreskip e.l. På denne måte oppnår en at vannlinjearealet på halvt nedsenkbare plattformer blir lite i forhold til det totale oppdriftsvolum. Idet den største delen av kreftene fra bølger opptrer i vannlinjearealet, og avtar nedover med dypet, reduseres bølgekref-tene på denne typer innretninger. I tillegg har de horisontale pongtongene gunstig innvirkning på riggens (semi-subens) vertikale hiv-bevegelser fordi de fungerer nærmest som en bremse i vertikal retning da den omkringliggende vannmasse blir revet med og dermed gir en teoretisk tilleggsmasse til riggen.

For alle typer flytende borefartøyer er det de vertikale hiv-bevegelser som er særlig kritiske. Dette skyldes at fartøyene under operasjonene har en borestreng laget av rør som henger i fartøyets boretårn og strekker seg ned gjennom brønnen. Denne strengen er stiv, og for å sikre at borestrengens bevegelser ned gjennom brønnen blir uberørt av fartøyets bevegelser, er fartøyet dessuten ut-rustet med spesielle anordninger som skal kompensere for skipets bevegelser. Disse anordningene har imidlertid begrensninger både når det gjelder bevegelser, akselera-sjoner og maksimalt utslag, og dette medfører at man ønsker å minimalisere påkjenningene på dette utstyret ved å nøye kontrollere fartøyets skrogutforming.

Til tross for sine gode bevegelsesegenskaper har halvt nedsenkbare rigger klare ulemper når det gjelder gjennomføring av kostnadseffektive boreoperasjoner. En ulempe er f.eks. at skroget blir svært kostbart å bygge siden det er sammensatt av søyler, pongtonger, stag og dekk. Dessuten er slike halvt nedsenkbare rigger særlig følsom for tyngdepunktforskyvninger, f.eks. ved flytting av dekkslast. Den største ulempen er imidlertid at den totale nyttelasten som kan tas ombord er begrenset når man skal ta hensyn til riggens stabilitet.

Dette medfører at en halvt nedsenkbar rigg er avhengig av kontinuerlige forsyninger av forbruksmateriell under boreoperasjonen. Dette gjennomføres normalt med forsyn-ingsfartøyer som er laget spesielt for dette formålet. Dette er imidlertid svært kostbart å gjennomføre, fordi det som regel krever at et fartøy hele tiden må være til-gjengelig for riggen.

Når boreoperasjonene i tillegg skal foregå langt til havs, og gjerne med større avstander fra den nærmest be-liggende forsyningsbase, medfører dette en betydelig økning i kostnadene. Dessuten krever dype og lange brønner ekstra tilførsel av forsyninger noe som bidrar til å øke kostnadene ytterligere. Dersom forsyningslinjene er spesielt lange kan det bli behov for et ekstra forsynings-skip i kontinuerlig drift. De tidligste halvt nedsenkbare rigger hadde en nyttelastkapasitet på ca. 2.000 tonn, mens en moderne halvt nedsenkbar rigg i dag bør ha en nyttelast kapasitet på over 4.000 tonn. En halvt nedsenkbar rigg er vanligvis forankret under boreoperasjonene til havs, og ofte er det samtidig utlagt 8-10 ankere.

I tillegg til halvt nedsenkbare rigger brukes det også boreskip som flytende borefartøyer til havs. Disse har den fordel at de kan ta vesentlig større laster ombord. Et boreskip kan ofte ta ombord all nyttelast før det drar til havs for å bore brønnen. Dette gjør boreskipet tilnærmet uavhengig av assistanse fra forsynings-fartøyer. Mens en halvt nedsenkbar rigg er avhengig av taubåter når en skal forflytte den fra én brønn til en annen, kan et skip forflytte seg med eget fremdrifts-maskineri. I de områder hvor det er langt til nærmeste forsyningsbase, såsom f.eks. i det fjerne Østen hvor det letes etter olje til havs flere dagsreiser fra forsynings-basen, har slike boreskip fått en bred anvendelse.

Imidlertid har boreskip klare begrensninger i sitt anvendelsesområde. De kjente boreskip er produsert som konvensjonelle fartøyer med ett skrog. Dette medfører at de er svært følsomme overfor større bølger idet de har en mindre gunstig bevegelsesrespons sammenlignet med vanlige halvt nedsenkbare rigger. Disse dårlige dynamiske sjøegen-skapene for boring har medført at boreskip, til tross for sin utmerkede lasteevne, ikke kan brukes i mer ugjestmilde strøk såsom Nordsjøen og Atlanterhavet. Boreskip har imidlertid stor utbredelse og anvendelse i mere gjestmilde strøk, hvor bølgene er relativt små såsom i havområdene utenfor Brasil, Indonesia og lignende.

Et boreskip vil ha et relativt stort vannlinjeareal sammenlignet med halvt nedsenkbare rigger og er derfor mere eksponert for bølgekrefter enn slike rigger. Mens en oppankret rigg er tilnærmet upåvirket av retningen som miljøkreftene kommer fra, er et boreskip avhengig av å kunne rotere med været for hele tiden å kunne minimalisere de kreftene skipet utsettes for. Dette gjennomføres ved at boreskipet utrustes med et datastyrt automatisk posisjo-neringssystem som sikrer posisjonen i forhold til brønnen og til retningen av vind, bølger og strøm.

Den vesentligste ulempen med de kjente boreskip er at de er følsomme for de vertikale hiv-bevegelser som gene-reres av bølger, både når det gjelder amplitude og periode. Kjente boreskip har en lengde på 160-180 m og en typisk bredde på 22-25 m. Samtlige av denne skipstype har stort sett parallelle skipssider og har en normal hiv-periode på 7-8 sekunder. Dette setter moderate krav til utstyret så lenge hiv-amplitudene er moderate. Et vanlig maksimumhiv for boreskip er 7 m, og dette kan teoretisk håndteres av kjente kompensatorsystemer.

Dette er imidlertid helt utilstrekkelig for mer værharde strøk, hvor denne type skip lett kan få hiv-bevegelser på 8-10 m avhengig av bølgehøyde og værforhold. Den teoretisk enkleste måte å løse dette problemet på kunne være å utvide ekstremverdiene for boreskipets kompensator-system, men med en så kort periode vil dette bety store aksellerasjoner på utstyret med påfølgende krefter og påkjenninger som både kan føre til brudd og utmatninger.

En annen teoretisk måte å løse dette problem på kan være å øke skipets størrelse, eventuelt.i kombinasjon med å øke kapasiteten til kompensatorsystemet. F.eks. kan et skip med en lengde på 300 m, 40 m bredde og høyde 25 m, bevege seg med små amplituder og ha lange bevegelses-perioder, samt at det kan ha en betydelig lastekapasitet. Et slikt fartøy ville således teoretisk kunne kombinere den halvt nedsenkbare riggens bevegelseskarakteristikk og boreskipets lasteevne. Dette er imidlertid en svært kostbar og upraktisk løsning fordi investeringene blir svært høye, samt at den nødvendige maskinkraft som må installeres for å holde posisjonen over brønnen på et felt vil bli svært stor og brennstoffkostnadene tilsvarende høye. Dessuten ville et skip av denne type være svært vanskelig å forflytte og i praksis være tungvint å plassere ved forsyningsbaser hvor det skal ha mulighet til å ta ombord forsyninger for neste operative periode.

For å kunne gjennomføre boreopersjoner sikkert og effektivt er det spesielt nødvendig at skipets egenperiode i hiv økes, samtidig som hivamplituden blir lavets mulig. Skipets bevegelser i rull og i noen grad i stamp betyr også noe, men er mindre kritisk. Det er kjent at fasongen på et enkeltskrogsfartøy vil få innflytelse på skipets hivrespons, både når det gjelder periode og amplitude. Således er det i japansk patent publikasjon 57058584 A beskrevet et skrogfasong som skal kunne redusere et stampebevegelsene på et ettskrogs skip. Den beskrevne skrogfasong angir en langsgående utbuling eller leppe av skipets skrog under vannlinjen. Dette kan også øke skipets egenperiode i hiv. Andre patentskrifter angir varianter av lepper under vannlinjen, såsom NO patent nr.4.829, US patent nr. 2.327.660 og US patent nr. 4.372.240. Basseng-forsøk i regi av patentsøker har bekreftet at en langsgående leppe under skipets vannlinje kan ha en positiv effekt på skipets hivrespons for en stor del av bølgespekteret, både med tanke på periode og amplitude. Imidlertid viste bassengforsøkene også at for en liten del av bølgespekteret kunne hivamplituden bli kraftig forsterket dersom leppen var til stede alene. En resonans oppsto rundt skipets naturlige egenperiode i hiv, slik at amplituden i dette periodeområdet faktisk ble større med lepper enn uten. For et boreskip er dette sikkerhetsmessig helt uakseptabelt. Dette betyr i praksis at slike lepper alene i mange tilfeller er uegnet til bruk på et boreskip.

I US patentskrift 3,386,404 er det angitt forskjellige skrogfasonger med leppe, i kombinasjon med vann som strømmer inn og ut av delvis lukkede rom i skipets skrog. De delvis lukkede rom er anordnet i skipets utvendige skipsside. Patentskriftet påpeker den teoretiske bakgrunnen for at vann som strømmer på denne måten vil kunne ha en positiv virkning på et skip's bevegelser i tung sjø. Den foreslåtte, praktiske utformingen av et enkelskrogskip (Fig.6 i patentskriftet) kan muligens passe på et passasjeskip eller handelskip, men er imidlertid fullstendig uhensiktsmessig for bruk på et boreskip. Dette skyldes at de forslåtte dobbelrommene vil stjele svært mye av skipets nyttevolum. Dette kan i noen grad kompenseres ved å gjøre skipet større, men dette er en kostbar løsning. Det mest problematiske er imidlertid at moderne skip for bruk i boring og for lagring av råolje vil kreve et tett dobbeltskrog. Dobbeltskrog er sikring mot foru-rensing ved kollisjoner og grunnstøtinger. Dette er ikke mulig med den foreslåtte løsning uten at man etablerer et tredje, tett innerskrog. Dette øker imidlerid stålvekt og kostnader for skipet ytterligere, noe som til sist går utover skipets nyttelast. I patentskriftet er det også angitt mulige løsninger for bruk av prinsippet på semisubs (Fig. 7) og på toskrogsfartøy (Fig.8). For semisubs er løsningen lite attraktiv pga. den økte stålvekten på et allerede vektsensitivt fartøy. Toskrogsfartøyer er lite egnet til å operere i røff sjø fordi det har vist seg at større bølger kan slå opp i dekket mellom skrogene, noe som kan gi store påkjenninger i hele skrogkonstruksjonen. Den forslåtte løsning med å dempe hivbevegelsene på et toskrogsfartøy kan dermed forverre situasjonen ved at bølgene enda lettere slår opp i undersiden av dekket.

Bruk av åpne skipsbrønner i skip (eng. moonpool) er velkjent, og benyttes bl.a. ved transport av levende fisk og på en rekke offshore fartøyer som skal løfte redskap og utstyr ned på og oppad fra havbunnen. Utstyret, såsom fjernstyrte farkoster, vedlikeholdsverktøy, mv. kan på denne måten lett løftes fra dekket, gjennom brønnen og ned mot havbunnen. Et typisk, større brønn for et inspeksjons-fartøy for Nordsjøen har en horsiontal skrogåpning fra 3 x 5 m og opp til 7x7 m. 7x7mer også en typisk stør-relse på de hittil bygde boreskip. Nyere boreskip, som for tiden planlegges for gjestmilde farvann som den meksikanske gulfen, og som har en lengde på over 220 m, planlegges med skipsbrønnåpninger på 10 x 10 m for vanlige brønnoperasjoner. Dette gjøres for at en skal være i stand til å senke store brønnrammer ned på havbunnen og annet tungt og større utstyr gjennom skipsbrønnen. Dersom skipet skal være svært avansert og skal kunne operere med to rørstrenger samtidig, har det vært antydet skipbrønner på opptil 10 x 20 m. De nevnte, planlagte boreskip for den meksikanske gulfen har en lengde på ca 220 m og en bredde på ca. 40 m. Vannlinjearealet på disse skipene er ca. 8000 m2. En maksimum skipsbrønn på 200 m2 vil dermed utgjøre ca 2,5% av det totale vannlinjearealet. På mindre boreskip, med eksempelvis lengde på 180 m, vannlinjebredde på 35 m, og vannlinjeareale på 6000 m2, vil en skipsbrønn som av operative grunner har et brønn-vannlinjeareale på 200 m2, utgjøre 3,3 % av det samlede vannlinjearalet.

Det er formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en skrogkonstruksjon for et ettskrogsfartøy, særlig for boreskip, hvor de ovennevnte ulemper knyttet til skipets bevegelser helt eller delvis kan elimineres.

Det har nå vist seg at en modifisering av disse brønnenes utforming og dimensjonering kan ha stor betydning for å kunne kontrollere et boreskips hiv-bevegelser.

Skrogkonstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved en kombinasjon av de hver for seg kjente trekk: a) en eller flere igjennom skroget forløpende åpne brønner, for nedenfra innstrømning, og utstrømning av vann b) en eller flere av brønnens/brønnenes vegger omfatter et antall vannstrømningsforsinkende elementer i form av: en eller flere, fra brønnveggen utadragende, vulster/lepper som i et område innsnevrer brønnens vann-innstrømningsareale, og/eller et antall vanninnstrømnings-forsinkende hulrom som er strømningsforbundet med brønn-hulrommet via perforeringer, og c) at skrogets utside omfatter en langsgående hori-son-talt utadragende utbuling/leppe fortrinnsvis anordnet

under skrogets vannlinje.

Skrogformen ifølge oppfinnelsen skal forklares nærm-ere i den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de medfølgende figurer, hvori: Figur 1 og 2 viser en utførelse av et boreskip i perspektiv henholdsvis i sidesnitt, utformet på basis av skrogformen ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser et planriss av skrogformen ifølge figurene 1 og 2. Figur 4 viser et tverrsnitt av skrogformen opptatt langs linjen X-X på figur 3. Figur 5 viser i perspektiv et utsnitt av en særlig foretrukket utforming av den indre brønnvegg. Figurene 6 viser tverrsnitt av 4 ulike utforminger av en leppe.

Like deler av skrogutformingene er gitt samme henvis-ningstall på de ulike figurer.

Innledningsvis skal det vises til figur 1 og 2, som viser et perspektivriss henholdsvis et sidesnitt av et boreskip som er bygget utformet på basis av skrogformen 10 ifølge oppfinnelsen.

Figur 1 og 2 viser et boreskip med skrog 10 med et midtskipssideparti 12, kjølparti 14, et baugparti 16 og et hekkparti 18. Skrogets midtskip 12 har stort sett loddrette skipssider. Figurene 1 og 2 viser et boreskip med et boretårn 22 hvorfra en olje/gass-brønn, som leder ned i havbunnen 23, bores eller betjenes ved hjelp av en borestreng 24 eller liknende utstyr. Strengen 24 forløper fra skipets boretårn 22 nedad gjennom en vertikalt forløpende oppad og nedad åpen brønn 28 i skipet. I tillegg til brøn-nen 28 omfatter skipet to ytterligere liknende brønner 26,30 (aktre hhv fremre). Alle disse brønnene 26,28,30 er dimensjonert som forklart foran, for å gi skipet de ønskede bevegelsesegenskaper i sjøen.

Ifølge oppfinnelsen omfatter skrogformen en eller flere brønner 26,28,30 for på gunstig måte å påvirke skipets hivbevegelser. Brønnene forløper sammenhengende fra øvre dekk vertikalt gjennom hele skipet og munner ut i sjøen under kjølen. Når skipet begynner å bevege seg i bølger, vil vannstanden i hver brønn begynne å fluktuere oppad og nedad som en bevegelig vannsøyle, i forhold til vannlinjenivået. Vannet vil stå et stykke oppad i brønnen og i en stasjonær tilstand innstilles på et normalnivå som kalles vannlinjenivået, og slik det tydeligst framgår på figur 4 med henvisningstallet 20. Det er flere alterna-tiver for brønnenes antall og plassering. Ifølge en løsning, og som vises på figurene 1-3 er skipet utstyrt med 3 brønner med stort sett rektangulært plansnitt, og som forløper lengdeveis langs skipets langsgående akse. En fordeling eller anordning av brønnene, dvs brønnarealet, langs skipets midtseksjon har vist seg å være gunstig. Foretrukne brønnantall samt deres lengde- og breddedimen-sjoner framgår av det etterfølgende. Alternativt kan skipet omfatte en eneste langsgående brønn, og som kan ha samme vannlinjeareale (se nedenfor) som de tre brønnene 26, 28 og30 tilsammen. Brønnene er i utgangspunktet utformet med slette og stort sett loddrette brønnvegger 36. Om ønskelig kan installasjoner på havbunnen opereres fra skipet dekk via disse brønnene.

Som et alternativ til brønner med rektanulære eller kvadratiske tverrsnitt kan de også utformes med andre tverrsnittsformer såsom ovale, sirkelrunde eller andre mere uregelmessige former. Den nøyaktige tverrsnittsform vil kunne varieres alt etter den aktuelle skrogkonstruksjon, for å f.eks. ta hensyn til nødvendige spantekon-struksjon.

Skipets normale vannlinje er vist på figur 2 og 4 med henvisningstallet 20. Det areal (tverrsnittsareale) som skipet dekker i et horisontalplan gjennom skipets vannlinje, defineres som skipets vannlinjeareal. Hvor store brønnen eller brønnene bør være vuderes oppimot hvor stort vannnlinjeareale brønnen(e) vil dekke i forhold til skips-vannlinjearealet. Det har vist seg at for å gi en effekt av betydning bør skipsbrønnens vannlinjeareal overstige ca 8% av skipets totale vannlinjeareal. Samtidig bør vannlinjearealet i brønnen ikke overstige ca 30% med tanke på skipets kapasitet for å ta ombord nyttelast i forhold til skipets totale dimensjoner. Et vannlinjeareal i skipsbrøn-nen på ca. 15% syntes å være svært gunstig.

Når skipet utsettes for bølger vil vann strømme inn i brønnene nedenfra når skipet synker nedad i en bølge, mens vannet renner ut av brønnen når bølgen trekker seg ned under skipet. Ifølge en foretrukket utførelse omfatter den brønndel som kommer i kontakt med den inn og utstrømmende vannmasse midler som fungerer som vil forsinke eller bremse den nevnte vann- inn- og utstrømningen fra brønnen, og som derved ytterligere kan forbedre skipets treghets-motstand mot hiv-bevegelser. To slike midler er vist på figur 5, idet den ene innebærer at den nedre del av brønn-veggene 36 omfatter en ut fra brønnveggen 36 vendende vesentlig horisontal utadragende skulder, med en stort sett flat øvre avsats 32, slik at det dannes en leppe 34. Leppen 34 forløper stort sett rundt hele brønnens indre veggomkrets 36 og danner derfor en innsnevret inngangs-åpning til brønnen nedenfra. Leppen 34 nederst i brønn-veggen 36 framgår også i forbindelse med skipets fremre brønn 30 på figur 3.

Istedenfor at leppen forløper sammenhengende rundt omkretsen slik figurene viser, kan den være oppdelt i et antall innbyrdes adskilte utadragende lepper/lepper eller vulster. Disse utadragene enkeltlepper kan også være anordnet i ulike høydenivåer i skipsbrønnveggen 36.

Ifølge oppfinnelsen omfatter skipsbrønnen ytterligere midler som kan forsinke inn- og utstrømingen av vann inne i brønnen. Dette kan gjennomføres ved at det langs brønn-veggene anordnes et eller flere ekstra rom som vann kan strømme inn i og ut av, og som derved forsinker vannets ut og innstrømming til brønnen, og som følgelig ytterligere bidrar til å forbedre skipsbevegelsene. Rommet eller rommene dannes, under henvisning til figur 4 og 5, ved at det i brønnen installeres en veggplate 40 parallelt med hver av brønnveggene 36 for slik å opprette et vanninn/ut-strømbart rom 42. Rommet 42 avgrenses av brønnveggen 36, platen 40, oversideflaten 32 til brønnleppen 34, og kan være åpent oppad. Platen 40 omfatter et antall gjennomgående huller eller åpninger 44. På figurene 4 og 5 er det vist en perforert plate 40, dvs med en rekke regelmessige gjennomgående huller 4 4 som forbinder rommet 42 med den utenforliggende brønn. Platen 40 kan alternativt omfatte en rekke større huller nederst mot leppen, mens platen lenger oppe ikke inneholder åpninger. Ved hjelp av disse innretninger vil en andel av vannet som trenger inn i brønnen strømme gjennom hullene 44 i platen 40 og inn i det bakenforliggende rom 42.

På denne måte oppnår en å forsinke inn- og utstrøm-ningen av vann inne i brønnen. Dette medfører at skipets demping mot hiv-benegelser ble ytterligere forbedret. Det vises forøvrig til forsøk som omtales i detalj senere.

Dybden (avstanden) fra den gjennomhullede (44) veggen 40 til den bakenforliggende tette brønnveggen/skipsskottet (36) i forsøkene med ett fullskala skip, med lengde 180 m, vannlinjebredde på 35 m, og totalt vannlinjearal på ca.

6000 m2, kan være opptil 1,6 m. Det kan imidlertid oppnås en god dempningseffekt selv når dybden bak veggen 40 varierer. Dybden til det bakenforliggende skottet 36, kan for-øvrig være i området 1-5 m.

Som det fremgår av figurene 1-3 har skroget et tilnærmet flatbunnet kjølparti. Lang kjølens ytterside for-løper det også en kontinuerlig eller oppdelt leppe 32, som kan ha samme konstruksjon som brønnleppene 32. Fra bunn-sidene forløper skipssiden innledningsvis stort sett vertikalt oppad og danner den innovervendende vesentlig horisontal skulder eller flat avsats 32 for å tilforme den stort sett horisontalt utovervendende leppe 34. Leppen 34 forløper stort sett langs hele kjølens lengde fra baugen og bakover tilskipets hekkparti. Som nevnt foran kan eksi-stensen av en slik leppe, under enkelte omstendigheter, gi negative effekter på skipets hivbevegelsesegenskaper, og en slik leppe er derfor ikke obligatorisk ifølge den foreliggende oppfinnelse. Den kan imidlertid være foretrukket i kombinasjon med skipets en eller flere brønner siden en slik kombinsjon kan gi en synergisk effekt. Skrogets ytre leppe ifølge oppfinnelsen strekker seg fra skipets baugparti og akterover til skipets hekk hvor hekkens skrånende underside utgjør den naturlige avslutning av utvidelsen. Fortrinnsvis er leppen utformet så langt ned mot skipets bunn/kjølparti som mulig.

Alternative leppe-tverrsnitt både for kjøllepper og brønnlepper 34 er vist på figur 6. Ifølge en av disse (figur 6a) forløper skulderpartiet i tverrsnitt som en stort sett horisontal flate utad fra skipssidepartiet 12 for så å forløpe loddrett og videre i en bueform som så danner en jevn overgang til fartøyets underliggende stort sett flate kjølparti. Ifølge en annen utforming vist på figur 6b er leppen istedenfor gitt en avrundet form, i tverrsnitt utformet som en halvkuleform.

En ytterligere utførelse av skrogets leppe er vist på figur 6c. Ifølge denne utførelse skråner leppen nedad og utad fra den loddrette skips(brønn)side, for så å forløpe rettlinjet nedad for så å skråne innad og nedad, og for deretter å forløpe over i skrogets underliggende kjølpar-ti. Denne formen er derved mangekantet, og likner på en trapesform.

Ifølge en ytterligere utførelse ifølge figur 6d omfatter leppen en rett, stort sett horisontal overside, for så å forløpe rettlinjet loddrett og videre horisontalt innad og løper over i kjølpartiet. Det er denne utførelse som vises på figurene 1-5. Som det fremgår er ellers skarpe kanter avrundet.

På bakgrunn av det ovenstående vil det framgå at det er det foretrukket at vulstene/leppen(e) fra brønnveg-gen(e) samt den langsgående utbuling/leppe på hver side av skroget, rager 1,5-5 meter i en horisontalretning utad fra brønn/skrog-siden.

Skrogets kjøl har en stort sett flat underside slik at skipets vertikale bevegelser i sjøen best mulig kunne dempes.

GJENNOMFØRING AV PRAKTISKE FORSØK, VURDERING AV DIMENSJONSFORHOLD VED SKROGKONSTRUKSJONEN IFØLGE OPPFINNELSEN.

Forsøk i basseng har vist at en leppe under vannlinjen alene på skipskrog har en positiv effekt på skipets hivrespons for større deler av bølgespekteret, men har en tildels sterk negativ effekt for en mindre del av bølgespekterert ved at hivamplituden tvertimot forsterkes. For å kompensere denne uventede, og negative effekten fra leppen har det i regi av patentsøker vært gjort omfattende bassengforsøk hvor en med basis i en gitt, og dynamisk sett gunstig, skrogfasong med utbuling under vannlinjen har testet effekten av forskjellige skipsbrønner. Skips-brønnene ble variert både i størrelse, utforming og plassering. Resultatene viste at når brønnenes vannlinjeareal ble øket, ble den negative resonanseffekten i hiv etter hvert borte. I tillegg bidro et økende vannlinjeareal i skipsbrønnene til en ytterligere dempning av hivamplitud-ene og en forlengelse av hivperioden for skipet.

Under bassengforsøk ble det testet en skrogmodell basert på et skip med lengde 180 m, vannlinjebredde på 35 m, og totalt vannlinjearal på ca. 6000 m2, samt omfattende en horisontalt utadragende leppe under vannlinjen på 2,5 m som forløp fra skipets baug til nesten helt akterut. For-søkene viste eksempelvis at den gitte leppen i kombinasjon med et skipsbrønnareal på 900 m2, eller ca. 15% av skipets totale vannlinjeareal, kunne gi en demping i maksimum hivamplitude på hele 60% ved en signifikant bølgene?--de H(s) på 3 m, og ca 45% ved H(s)= 5 m. Samtidig ble skipets naturlige egenperiode i hiv øket med 2,5 sekuno&r. Ved H(s) = 7 m ble effekten av leppe og et stort skipsbrønn-areal redusert til ca 20%.

Sjøtilstanden i dennordlige del av norskehavet er H(s)< 5 m for 95% av året. Det er under disse forhold et boreskip skal operere, og da er dempingen av skipets bevegelser vesentlig. Ved ekstremtilstander ved H(s)> 5m, med maksimum bølger over 9-10 m, vil det forventes at et boreskip i stor grad vil ligge inoperativt og vente på bedre værforhold. Dette skyldes at som regel følges høy sjø av sterk vind, noe som likevel medfører at kraner og løfteutstyr ikke kan opereres.

For skipets hivrespons viste det seg at fordeling av brønnarealet langs skipets midtseksjon å være gunstig. Dette ga samtidig muligheter for å bibeholde skips-skrogets langskips styrke, ved at brønnområdet kan legges innenfor en indre bjelke i skipsskroget.

En totalt brønnareal på 976,8 m, dvs bredde b = 13,2 og lengde 1 = ca. 74 m, plassert midtskips viste seg å tilfredsstille krav til nødvendig operabilitet for skipet i nordlige del av Norskehavet, samtidig som krav til skipsstyrke, stor bæreevne for variabel last, stabilitet og byggevennlighet ble opprettholdt.

En ytterligere forbedring ble oppnådd ved å dele en eneste brønn opp i flere mindre innbyrdes separate brøn-ner, eks. 2 stk å b = 13,2 m og 1 = 23,2 samt én .stk med b = 13,2 m og 1 = 27,2 m. Dette skyldes ventelig at det brønnarealet ble spredesutover en langt større lengde langs skipets langskips akse. Med 3 separate brønner oppnår en å kunne bygge inn tverrskips bjelker mellom brønnene, noe som bedrer skipets totale styrke. En vil dessuten kunne unngå problemet med at det dannesstørre langskips bølger inne i brønnområdet. For de boretekniske operasjoner er det gunstig at sjøtilstandene inne i en skipsbrønn er så rolig som mulig.

En overraskende effekt som oppstårved å dele arealet inn i 3 brønner, viste seg å være at de to ytterbrønnene, dvs fremre og bakre brønner 26,30 til en viss grad kansel-lerte bølgene inne i senterbrønnen 28, hvor en ser for seg at boreoperasjonene skal finne sted.

Ved å installere lepper inne i brønnene under vannlinjen oppnådde en å dempe skipets bevegelser ytterligere. Leppene ble plassert tilstøtende mot skipets bunn, på samme måte som de ytre lepper på skroget, og var instal-lert som en ringform rundt alle sidene på brønnområdet. I bassengforsøkene hadde leppene inne i brønnen en full-skalabredde i horisontalretning på ca. 1,6 m, noe som eksempelvis ga et lysåpningsareal på 10 x 24 m i senter-brønnen. En praktisk horisontal størrelse på leppene inne i brønnen antaes å være ca 1-5 m.

Senterbrønnen vil være gunstig som skipsbrønn for boreoperasjonsene, mens de to øvrige brønnenes hovedfunk-sjon vil være å bedre skipets bevegelsesegenskaper, spesielt m.h.p. hivrespons.

Ved å installere en stort sett vertikal vegg 40 over leppene inne i brønnene, som har et antall huller eller åpninger 44, oppnådde en å forsinke inn- og utstrømingen av vann inne i brønnen, og særlig inn- og utstrømningen av vann til rommet 42 bakenfor veggen 40. (Når hver av veggene "kles" med en slik vegg 40 danner rommet 42 således et ringformet hulrom som omslutter brønnens lys-åpning.) Dette medfører at skipets demping i hiv ble ytterligere forbedret. Det ble i forsøkene benyttet en jevnt perforert/hullet vegg, med sirkulære perforeringer som utgjorde ca. 25% av veggarealet. Forsøkene viste at den ønskede dempningseffekt kan oppnåes med forskjellige utførelser av den veggen, hvor en vurderer at arealet av veggåpningene/hullene 4 4 bør være ca. 10 - 30% av det samlede areale av veggen 40.

Dybden fra den gjennomhullede veggen til det bakenforliggende, tette skipsskottet i forsøkene tilsvarte i ett fullskala skip ca. 1,6 m, dvs at veggen 40 var forankret tilnærmet ytterst på leppens 34 overflate 32. Dempningseffekt kan oppåes selv om en varierer dybden bak denne veggen. En praktisk dybde til det bakenforliggende skottet, antaes å kunne være i området mellom 1-5 meter.

Resultatene fra samlede forsøk ga svært gunstige bevegelser for skipets hivrespons, spesielt i de mest aktuelle sjøtilstander, H(s)< 5 m, for boreoperasjoner:

Ifølge oppfinnelsen har skipet på hver side av skroget en uvidelse i horisontalretning, en utstrekning på inntil 5,5 meter. Det har vist seg at selv utvidelser/- lepper på hver skrogside i området 1,5-5 meter har en god dempende effekt på hiv-bevegelsene til skrog.

For eksempel kan den største midtskipsside-bredde 20 inkludert utvidelsen/leppen være opptil 60 meter, mens bredden på skrogets midtskipsside 20 ovenfor utvidelsen kan være opptil ca 50 meter.

Det er foretrukket at skrogets midtskipsside 20 har en bredde som utgjør 20 - 35 % av skrogets totallengde. Dvs at et skrog som har en lengde på 180 meter kan ha en midtskipsside-bredde på opptil 63 meter. For et slikt skrog foretrekkes det at leppene/utvidelsen på hver side er minst 5 meter. Ifølge en utførelse er forholdet 22 %, dvs at for et fartøy med totallengde 160 meter er midt-skipssidebredden 35 meter. Ifølge en annen foretrukket utførelse er, for et skrog med lengde 180 meter, midt-skipsskrogbredden ca 40 meter, dvs 25% av lengden, og den største midtskips-skrogbredde inkludert utvidelsen er ca 50 meter.

For eksempel kan et skrog ha en bredde Bl på 40 meter inkludert leppen på hver side (dvs hver leppe har en største horisontale utstrekning/bredde på 2,5 meter), mens den overforliggende skrogdel 12 har en bredde B2 på 35 meter, og hvor den øvre skrogdel (med skansekledningen) har en bredde på 40 meter. Skrogbredden B3 ved skansekledningen utgjør tilnærmet like stor bredde (40 meter) som fartøyets bredde inkludert leppen. Ifølge det ovennevnte kan skroglengden være 100 meter, dvs. at bredden kan være opptil 35% av lengden.

Med en skrogutforming som angitt i denne beskrivelse elimineres de ulemper som er beskrevet innledningsvis i den foreliggende beskrivelse i forbindelse med de tidli-gere kjente skrogformer for boreskip.

En målsetting og gjennomgående trekk ved utviklingen av den foreliggende oppfinnelsen har vært å komme fram til en nyutviklet, men likevel praktisk og byggevennlig utforming av et enkeltskrog med gunstige dynamiske egen-skaper. Enkeltskrogsfartøy har nemlig en rekke økonomiske fordeler sammenlignet med semisub borerigger. I tillegg til de nevnte operative fordeler med å kunne ta stor nyttelast, ha god plass om bord, lagre olje, osv, er et boreskip mye billigere å bygge enn en semisub borerigg.

Et boreskip bygget med et skrog etter de prinsipper som framkommer i denne beskrivelse vil kunne ha en bygge-pris på 60-70% av en semisub bygget med samme spesifika-sjoner. Dette betyr bespareleser på flere 100 mill. kroner per fartøy. Dette skyldes bl.a. at et skip er velkjent, lite risikobetont og byggevennlig. Et skip kan bygges av mange verksteder som ikke ønsker å ta risikoen med å bygge en komplisert semisub.

Claims (1)

1. Skrogkonstruksjon for ett-skrogs fartøy (10), særlig beregnet for bore- og produksjonsoperasjoner i stort sett stasjonær posisjon, karakterisert ved en kombinasjonen av de hver for seg kjente trekk: a) en eller flere igjennom skroget forløpende åpne brønner (26,28,30) for nedenfra innstrømning, og utstrømning av vann b) en eller flere av brønnens/brønnenes (26,28,30) vegger (36) omfatter et antall vannstrømningsforsinkende elementer i form av: en eller flere, fra brønnveggen (42) utadragende, vulster/lepper (34) som i et område innsnevrer brønnens (26, 28,30) vann-innstrømningsareale, og/eller et antall vann-innstrømningsforsinkende hulrom (42) som er strømningsforbundet med brønnhulrommet via perforeringer (44), og c) at skrogets utside omfatter en langsgående horisontalt utadragende utbuling/leppe (34) fortrinnsvis anordnet under skrogets (10) vannlinje (20).