NO329399B1 - Fremgangsmate til montering av en offshorekonstruksjon pa havbunnen - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en offshorekonstruksjon som benyttes ved leting etter olje eller gass og produksjon av olje eller gass eller for et annet formål. Oppfinnelsen angår mer spesielt en fremgangsmåte som angitt i ingressen av krav 1.

I offshore boreindustri er det vanlig å benytte en faststående konstruksjon som et under-stell eller et tårn. Understellet eller tårnet blir normalt holdt på plass med peler som er drevet inn i sjøbunnen gjennom benene på konstruksjonen og eventuelt gjennom en fot som tårnet er plassert på. Leting etter og utnyttelse av hydrokarboner og mineraler på dypere vann krever høyere tårn. Høyere tårn er mer kostbare å fremstille og krever utstyr med større løfteevne og lasteevne for å kunne behandle en ekstra vekt på de større tårn. De større tårn har også tilbøyelighet til å skape stabilitetsproblemer når de stilles opp.

US patent nr. 4.793.739 beskriver et ettergivende pelesystem for understøttelse av en be-tongkonstruksjon slik at konstruksjonen blir ettergivende. Feste av foringer er ved den nedre ende ved sjøbunnen og pelene kan være ved den øvre del og hovedfunksjonen med pelesystemet er å skape stabilitet og understøtte konstruksjonen vertikalt. Det er fastslått at pelesystemet vil øke svingeperioden. Imidlertid vil svingeperioden bare øke hvis stivheten i betongkonstruksjonen blir redusert. Tilføyelse av peler vil i alminnelig-het øke den samlede stivhet for plattformen og vil redusere svingeperioden. Betongkonstruksjonen kan være utstyrt med et enkelt rotasjonsskall ved bunnen. Pelene skal sørge for å holde fast betongkonstruksjonen ved bøyning over den del som befinner seg over sjøbunnen. Pelene danner vertikal understøttelse.

US patent nr. 4.721.416 omhandler et pelesystem som er understøttet av styringer festet til en understellskonstruksjon. Feste av pelene er ved sjøbunnen og ved styringene. De er langstrakte for å bære overbygningene. Pelene virker som benene for konstruksjonen og understellskonstruksjonen gir bare den avstivning som er nødvendig for å overføre skjærkrefter mellom pelene slik at ofFshoreunderstellet kan tåle bøyning. Understellskonstruksjonen opptar ingen vertikal belastning. Pelene stikker ikke over rammeverket slik at de er ikke avstivet over en betydelig lengde.

US patent nr. 4.969,604 omhandler en ettergivende peleanordning til bruk ved et ettergivende tårnsystem og angår bruken av drivpeler og bøyepeler. Drivpelene blir drevet inn i sjøbunnen og strekker seg tilstrekkelig langt til at en hylse kan festes på sidene av bøyepelene for å virke sammen med drivpelene og dermed være festet til disse. Bøyepe-lene blir rettet inn eksentrisk med den tilsvarende drivpele den er festet til. For å redusere bøyevirkningene må pelene anordnes symmetrisk rundt tårnets ben. Tårnet bærer overbygningene, men har ikke noe fundament slik at de vertikale belastninger blir over-ført til bøyepelene og gjennom den eksentriske forbindelse til drivpelene. Dette gjelder også horisontale belastninger, f.eks. krefter som skyldes omgivelsene. Bøyepelene sør-ger for understøttelse over en begrenset del av tårnet og vil ikke direkte motstå belastninger fra et dekk eller overbygninger.

Teknikkens stand som nevnt ovenfor omhandler ikke en konstruksjon som muliggjør en effektiv fordeling av belastninger mellom pelene og tårnet. Dette skyldes at tårnet ikke er understøttet og at overføringen av last fra tårnet til pelene foregår med en eksentrisk forbindelse.

Av ytterligere kjent teknikk skal nevnes US 4.576.523 som omhandler en løsning for montering av en offshorekonstruksjon på sjøbunnen.

Oppfinnelsen angår de ovenstående mangler. Det som er utviklet er en offshorekonstruksjon som kan installeres med et offshore kranfartøy med mindre løfteende enn det som er nødvendig for de eksisterende konstruksjoner, noe som fører til bedre økonomi ved installasjon og fjernelse og dessuten kan oppfinnelsen benyttes på forskjellige hav-dybder, men generelt sett dybder som er større enn 100 meter. Offshorekonstruksjoner er utformet som et sentralt tårn, et flertall peler, en fot og et fundament. Det sentrale tårn er plassert på foten som er stilt på sjøbunnen og understøttet av fundamentet. Fundamentet kan være peler, fordelte støtter eller av sugeputetypen. Det sentrale tårn blir understøttet av foten og pelene som strekker seg opp til omtrent halvveis på det sentrale tårnets høyde. Pelene er i denne høyde forbundet med det sentrale tårn. Pelene er i al-minnelighet plassert under høyden for den sone som blir påvirket av bølger. Dimensjonene på og utformningen av komponentene i offshorekonstruksjonen er valgt for å sikre at krefter i omgivelsene blir redusert og at reaksjoner som bevegelser og avbøyninger kan kunne godtas. Det sentrale tårn er smalt og har slank konstruksjon for å redusere virkningen fra krefter i omgivelsene. Det er tatt sikte på å redusere belastningene som virker på det sentrale tårn og foten og å overføre disse til pelene som er de komponenter som bærer hovedbelastningene. Det er også tatt sikte på at vertikale belastninger fortrinnsvis overføres til strekkpeler uten særlig økning av trykkrefter i pelene.

Belastninger som virker på tvers som f.eks. krefter fra omgivelsene, skaper bøyemomen-ter på en offshorekonstruksjon. Disse krefter fører til at en del av offshorekonstruksjonen og de tilstøtende peler blir utsatt for vertikale trykkrefter og en annen del av offshorekonstruksjonen og tilstøtende peler har strekkrefter. Samvirkningen mellom pelene og tårnet i konstruksjonen virker omtrent svarende til en armert eller forspent bjelke. Tårnet vil redusere de aksiale belastninger på trykkpelene, men vil øke belastningene på strekkpelene. Tårnet er mer effektivt når det gjelder å motstå trykkrefter og pelene ei-mer effektive når det gjelder å motstå strekkrefter.

Ved foreliggende oppfinnelse er festet av pelene hovedsakelig ved den øvre ende, men kan være ved en hvilken som helst av hylsene eller styringene. Pelene og det sentrale tårn virker sammen til å understøtte både vertikale belastninger og horisontale belastninger. Ved å sørge for forskjellige begrensningstilstander ved hylsene eller styringene er det mulig å forbedre den konstruksjonsmessige effektivitet både ved styring av den rela-tive stivhet i komponentene og deretter ved fordeling av den belastning som virker på konstruksjonen. Denne løsning er ikke omhandlet noe annet sted.

Det er mulig ytterligere å øke den ønskede fordeling av trykkrefter og strekkrefter i pelene og i tårnet ved valg av typen på hylse eller styring. Ved å bruke enten en fast, en glidende eller en elastomerisk hylse, kan det oppnås et valgt område med krefter som skyldes den periodevise påvirkning fra omgivelser og andre belastninger. Det er videre mulig å utforme styringen eller hylsen til å virke som en stiv understøttelse i én retning og en fleksibel understøttelse i motsatt retning, slik at trykkrefter på pelene reduseres og strekkrefter på pelene blir motvirket.

Det er et trekk ved denne oppfinnelse at fremgangsmåten og rekkefølgen ved installasjo-nen kan bestemmes på en effektiv og økonomisk måte. Det er også et trekk ved foreliggende oppfinnelse at demontering av offshorekonstruksjonen kan utføres ved en pro-sedyre som svarer til installasjoner og at dette også kan utføres på en effektiv og økonomisk måte.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en offshorekonstruksjon som er økonomisk å montere. På grunn av komponentene i det sentrale tårn, pelene, foten og

fundamentet og den rommessige utforming av komponentene er oppfinnelsen en forbed-ring og har vesentlige fordeler sammenlignet med vanlige offshorekonstruksjoner. Det er også en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en offshorekonstruksjon som har fleksibilitet når det gjelder anvendelse, som muliggjør bruk av offshorekonstruksjonen på et bredt område av forskjellige steder.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å muliggjøre montering ved bruk av en kranlekter med forholdsvis beskjeden løfteevne siden det sentrale tårn er utformet for å ha lavere vekt enn vanlige offshorekonstruksjoner.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i karakteristikken av krav 1 angitte trekk.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av underkravene.

For en ytterligere forståelse av egenskapene av og hensiktene med foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende beskrivelse og de vedføyde tegninger der like deler har like henvisningstall og der:

Figur 1 viser oppfinnelsen sett fra siden.

Figur 2 viser oppfinnelsen sett fra siden der en rørformet konstruksjon er benyttet i ste-det for det sentrale tårn. Figur 3 viser sett fra siden en alternativ utførelse av oppfinnelsen der dekket blir under-støttet av peler.

Figur 4 viser et snitt gjennom den øvre del av konstruksjonen på figur 3.

Figur 5A viser oppfinnelsen under montering med foten på sjøbunnen.

Figur 5B viser oppfinnelsen med foten og fundamentet på sjøbunnen og tårnet montert og forbundet med foten. Figur 5C viser oppfinnelsen med fot og fundament på sjøbunnen med tårnet forbundet med foten og pelene installert gjennom styringer på tårnet og på foten eller ved bunnen av tårnet. Figur 5D viser oppfinnelsen med fot og fundament drevet inn i sjøbunnen og tårnet forbundet med foten og pelene installert gjennom styringer på tårnet og med foten og pelene drevet inn i sjøbunnen og med overbygning installert på tårnet. Figurene 6 - 8 er snitt gjennom alternative hylse- eller styreanordninger på bjelker som stikker ut fra tårnet og benyttes som en forbindelse til pelene. Figur 9 viser et snitt gjennom den mekaniske forbindelsesanordningen som kan benyttes mellom pelene og hylsen eller foten.

Figur 10 viser et snitt tatt etter linjene 10-10 på figur 9.

Det vises nå til figur 1 der en overbygning eller et dekk 16 bæres av et sentralt tårn 14. Det sentrale tårn 14 bærer rør, borekasser og ledere, umbilikalkabler eller andre tjenester som er nødvendig for det utstyr som finnes i overbygningen 16 eller for å muliggjøre produksjon av eller boring etter olje, gass eller andre mineraler eller for enhver annen aktivitet der offshorekonstruksjonen 10 kan benyttes. Det sentrale tårn 14 har en rekke utstikkende bjelker 24 ved eller omtrent på midten av høyden av det sentrale tårn 14 eller på foten 12 og på andre steder alt etter behov. Ved endene av bjelkene 24 finnes det hylser eller styringer 28 som pelene 18 er ført gjennom. Som vist på figur 6-8, kan pelene 18 være forbundet med styringene 28 ved senkesmiing, støping med mørtel, svei-sing eller på annen måte. Det sentrale tårn 14 er festet til foten 12 med en låsemeka-nisme 22 som er best vist på figur 9 og 10 og som fastlåses når det sentrale tårn 14 er plassert på foten 12. Låsemekanismen 22 kan være innebygget i en del av fundamentet 36 eller kan være en forlengelse av den konstruksjon som omfatter foten 12. Dessuten kan låsemekanismen 22 være en del av styringen 28.

De utstikkende bjelker 24 er fortrinnsvis utformet slik at de får geometriske egenskaper og materialegenskaper som bestemmer stivheten i bjelkene 24 og som vil skape en på

forhånd bestemt og foretrukket fordeling av trykkrefter og strekkrefter på pelene 18. De ovennevnte egenskaper er når det gjelder rørformede komponenter eller bjelker, lengde, tverrsnittsform som innvirker på arealet og det andre arealmoment og elastisitetsmodul. Dessuten kan hylsene eller styringene 28 ha fast fri eller elastisk reaksjon i én eller flere retninger for å skape et ønsket område for krefter i pelene 18.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen omfatter offshorekonstruksjonen 10 et sentralt tårn som bæres av et flertall peler 18, en fot 12 og fundament 36. Det sentrale tårn kan bygges opp av fagverkselementer, være en enkel rørformet konstruksjon eller ha en eller annen egnet konstruksjonsmessig utforming og vil ha utstikkende bjelker 24 som

bærer hylsene eller styringene 28. Pelene 18 kan forbindes med det sentrale tårn 14 omtrent midtveis på høyden og ved den nedre ende og som alternativ ved forskjellige høy-

der mellom disse områder ved hjelp av hylsene eller styringene 28. Bunnen av det sentrale tårn 14 er forbundet med foten 12 som kan bæres på fundamentet 36. Fundamentet kan være peler, ekspansjonsanordninger, sugeputer eller ha en annen egnet form. Som et alternativ kan tårnet 14 være utstyrt med et fundament ved montering av bunnseksjo-nen direkte på sjøbunnen. Pelene 18 kan være forbundet med foten eller fundamentet.

På figur 2 er det vist en offshorekonstruksjon svarende til den som er vist på figur 1, bortsett fra at det sentrale tårn 14 er vist slik det kan være for bruk på ekstreme vann-dybder. I denne utførelse er det sentrale tårn 14 av en rørformet konstruksjon.

På figur 3 er det vist en alternativ utførelse av oppfinnelsen til den som er vist på figur 2, der det sentrale tårn 14 er vist avkortet og pelene 18 er vist forlenget for å bære dekket 16. Det sentrale tårn 14 virker som en styring for installasjon av pelene 18 for å redusere knekklengden for pelene 18 og overføre en del av den kraft som skapes av omgi-velsesbelastninger mellom de forskjellige peler og til foten slik at den samlede virkning mellom pelene og tårnet kan sikres. Høyden på det sentrale tårn 14 strekker seg omtrent halvveis opp høyden på pelene 18 eller til en annen høyde hovedsakelig under nivået for den sone som påvirkes av bølgene. Det er ikke omhandlet noe annet sted at tårnhøyden kan reduseres til en høyde som ligger betydelig under vannlinjen og pelene kan forlen-ges for å bære dekket eller overbygningen uten avstivning over en betydelig lengde. For denne utførelse vil dimensjonene på pelene ha tilstrekkelig knekkstivhet til å motstå de vertikale belastninger som virker. Stigerør, brønnledere og andre linjer 52 er frilagte, noe som vil eliminere den mulige oppsamling av gass i det sentrale tårn 14 og tillate in-speksjon og vedlikehold. Figur 4 viser et snitt gjennom den øvre del av offshorekonstruksjonen 10 på figur 2. Det sentrale tårn 14 kan utstyres med ballasttanker 54 og oljelagertanker 56. Ved vannlinjen kan et stykke av det sentrale tårn 14 være utstyrt med støtbeskyttende anordninger 58.

Figur 5A - D viser en mulig monteringsprosedyre for en utførelse av oppfinnelsen.

På figur 5A er foten 12 vist og den er installert på sjøbunnen og fundamentet 36 er på plass slik at foten 12 er klar for anbringelse av det sentrale tårn 14. Låsemekanismen 22 er klargjort og står i tilbaketrukket stilling for at det sentrale tårn 14 skal kunne plasseres riktig og i flukt med og i riktig høyde før anlegg mot foten 12.

På figur 5B er foten 12 vist med det sentrale tårn 14 på plass på foten 12 og låsemekanismen 22 settes i virksomhet for å låse det sentrale tårn 14 til foten 12.

På figur 5C er foten 12 og det sentrale tårn 14 vist med pelene 18 anbrakt gjennom styringene 28 klar for feste av fundamentene ved mørtelstøping, falsing, mekanisk eller på enhver annen egnet måte.

På figur 5D er foten 12 med det sentrale tårn 14 vist og pelene 18 er installert gjennom styringene 28 og festet til det sentrale tårn 14 ved mørtelstøping, mekanisk smiing eller på annen egnet måte og dekket 16 er plass på det sentrale tårn 14.

På figurene 6 - 8 er det vist alternative utførelser av hylse eller styring.

Figur 6 viser bruken av mørtelstøping der mørtel 40 blir pumpet inn i ringrommet mellom den indre diameter av hylsen 28 og den ytre diameter av pelen 18. Mørtelen 42 an-bringes mellom pelen og hylsen ved hylsens topp og bunn. Figur 7 viser en forbindelsesanordning der en del av pelen 18 er mekanisk falset inn i fordypninger 44 som er maskinert i innsiden av hylsen 28. Figur 8 viser bruk av et elastomerisk materiale 46 anbrakt mellom hylsen 28 og pelen 18. Friksjonen som det elastomeriske materialet 46 har, holder pelen 18 i stilling.

På figur 9 er låsemekanismen 22 festet til hylsen eller styringen 28 og har en rekke hyd-rauliske sylindre med stempler 48 montert på utsiden slik at stemplene 50 kommer i anlegg mot pelen 18 og yter tilstrekkelig mekanisk motstand mot bevegelse av pelen 18 i forhold til hylsen eller styringen 28.

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen som ikke er vist, er det sentrale tårn 14 enten understøttet med foten 12 som tidligere beskrevet eller anbrakt på sjøbunnen slik at det blir selvbærende. Pelene 18 blir installert og byr på ytterligere stabilitet og evne til å bære last.

I en annen alternativ utførelse av oppfinnelsen som ikke er vist, er det sentrale tårn 14 plassert direkte på sjøbunnen og fundamentet 36 installert slik at tårnet 14 blir selvbærende. Som et alternativ kan foten 12 installeres som tidligere beskrevet og tårnet 14 an-bringes over foten og fundamentet 36 installeres i sjøbunnen ved bruk av foten som en mal.

I en annen utførelse av oppfinnelsen som ikke er vist, blir fundamentene 36 og foten installert som tidligere beskrevet. Det sentrale tårn 14 og pelene 18 er forbundet med hverandre og satt på plass samlet. Pelene 18 blir forbundet med fundamentene og det sentrale tårn blir forbundet med foten.

Prosedyren for demontering er som følger: Dekket 16 fjernes. Stigerør, ledere og annet tjenesteutstyr 52 frigjøres. Pelene 18 frigjøres fra det sentrale tårn 14. Pelene 18 kan bli stående tilbake i denne tilstand eller kan løsnes fra fundamentene 36 og fjernes separat på dette trinn. Det sentrale tårn 14 er struktunnessig stabilt i denne tilstand. Det sentrale tårn 14 løses eller kuttes fra foten 12. Det sentrale tårn 14 kan fjernes separat eller sammen med pelene. Foten 12 frigjøres fra fundamentene 36 og foten 12 kan fjernes. Oppfinnelsen byr på flere fordeler sammenlignet med det som er tidligere kjent. Foten 12 kan benyttes som hjelp ved montering av fundamentpeler før anbringelse av det sentrale tårn 14. Foten 12 bærer det sentrale tårn 14 og pelene 18. Pelene 18 og det sentrale tårn 14 virker sammen og det sentrale tårn 14 bærer en del av de vertikale belastninger. Pelene 18 kan være festet aksialt med og direkte til fundamentpelene 36 uten eksentrisitet og behøver derfor ikke være symmetrisk plassert og kan finnes i et hvilket som helst antall. Ved ikke å ha noen forskyvning mellom pelene 18 og fundamentpelene 36, er det mulig å forbedre effektiviteten for begge og unngå bruk av forbindelse mellom hylsen 28 og pelen siden hylsen kan være en fortsettelse av pelen 18. Fundamentpelene 36 behøver ikke være dannet av peler, men kan ha tyngde, være sugepute eller være av en annen egnet type. Pelene kan installeres separat for tårnet 14 og dette muliggjør en enklere og mer økonomisk montering.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til montering av en offshorekonstruksjon (10) på sjøbunnen, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: a. anbringelse av en fot (12) på sjøbunnen, hvilken fot har et flertall hylser (28) anbrakt rundt fotens (12) ytre kant; b. feste av et tårn (14) til foten, hvilket tårn (14) har tilstrekkelig lengde til å stikke over vannflaten eller alternativt ender i en på forhånd bestemt avstand under vannflaten og har et flertall utstikkende bjelker (24) som er festet til tårnet (14) og står i avstand fra hverandre over lengden av tårnet (14) og rundt utsiden av tårnet (14), med en hylse (28) festet til den ytre ende av hver utstikkende bjelke (24) slik at hylsene (28) står rettet inn koaksialt med hylsene (28) på foten (12); c. innsetting av en pele (18) gjennom hver av hylsene (28) på tårnet (14) og driving av hver av pelene (18) inn i sjøbunnen slik at hver pel (18) stikker opp til en på forhånd bestemt stilling ved siden av tårnet eller alternativt strekker seg en på forhånd bestemt avstand opp over vannivå; og d. feste av hver av pelene til dens tilhørende øvre hylse (28) på den utstikkende bjelke (24) på tårnet (14), hvilke utstikkende bjelker (24) har geometriske egenskaper og materialegenskaper som skaper en foretrukket fordeling av trykkrefter og strekkrefter i pelene (18) og hvilke hylser (28) har en på forhånd bestemt reaksjon i en eller flere retninger for dermed å skape et ønsket område for krefter i pelene (18).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert v e d at den videre omfatter feste av pelene (18) til en eller flere ytterligere hylser (28) langs lengden av tårnet (14).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter driving av tårnet (14) ved hjelp av foten (12) inn i sjøbunnen før trinnet med innsetting og driving av peler (18) inn i sjøbunnen.

4. Fremgangsmåte som angitt i kravl, karakterisert ved at det videre omfatter tilveiebringelse av oppdrift i den øvre del av tårnet (14).