NO336984B1 - Flytende plattform og fremgangsmåte for operasjon derav - Google Patents

Abstract

Flytende plattform for boring, produksjon, lagring eller andre anvendelser, særlig egnet for isutsatte farvann, hvilken plattform omfatter - et skrog med ytre sidevegg som i hovedsak er rotasjonssymmetrisk rundt en vertikal senterakse i plattformen og i en nedre ende er lukket med en bunn, - et dekk i en øvre ende av skroget, utstyrt hensiktsmessig i henhold til den påtenkte anvendelse, idet plattformens dypgående er vesentlig mindre enn plattformens diameter og plattformens oppdriftssenter for den neddykkede del ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt, særpreget ved at den i hovedsak rotasjonssymmetriske ytterside av skroget inkluderer minst tre seksjoner regnet fra skrogets øvre ende: - en vannlinjeseksjon som har avtagende diameter i retning nedover langs senteraksen, i hvilken vannlinjeseksjon havets vannlinje skal ligge ved operasjon i isutsatte farvann, - en mellomseksjon med sylinderform, og - en underseksjon som har økende diameter i retning nedover langs senteraksen. Fremgangsmåte for operasjon i isutsatte farvann av plattformen.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører flytende plattformer, og særlig flytende plattformer anvendbare for operasjon i isutsatte farvann.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

For boring etter hydrokarboner, produksjon og lagring av produserte hydrokarboner til havs, og andre formål, finnes en lang rekke konsepter. Ett av konseptene er å anvende en flytende installasjon, hvilken kan være et fartøy, en halvt nedsenkbar installasjon eller en flytende plattform. I patentpublikasjonNO 319971 er det beskrevet en offshoreplattform for boring etter eller produksjon av hydrokarboner. Nærmere bestemt er det beskrevet en plattform som er utformet som en vertikal, i hovedsak flatbunnet sylinder, særpreget ved at plattformlegemet i den nedre del av sylinderen er forsynt med minst én periferisk rundtgående utsparing som er avgrenset av et ringlegeme under utsparingen, og at plattformlegemets diameter er vesentlig større enn dets dypgående og oppdriftssenteret til den neddykkede del av plattformen ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt. En slik konstruksjon har vist seg å ha fordelaktig stor kapasitet både for lagring av olje og lastekapasitet på dekk. Videre er kostnaden ved konstruksjonen lav, byggeperioden er kort, og det oppnås stor fleksibilitet for ulike anvendelser. En slik plattform kan ligge posisjonert ved spredt forankring og verken en turret eller en svivel er påkrevd for å håndtere stigerør/slanger og forankringsliner. Det runde eller i hovedsak runde tverrsnitt har fordel ved at dreiing i henhold til vær og vind ikke er nødvendig, og det har vist seg at plattformens bevegelser og påkjenninger er overraskende lave sammenlignet med andre typer flytende installasjoner. Derved blir tøyings- og spenningsnivået begrenset. Skrogformen gir en kompakt konstruksjon som bidrar til at bølgelaster i begrenset grad medfører spenninger og tøyninger.

Videre beskriver US 4434741 A og US 3766874 A boreplattformer for bruk i arktiske farvann. Plattformene har tilnærmet runde tverrsnittsformer og flat bunn. CA 1042274 Al beskriver en plattform med en frakoplbar moringsring.

Det er imidlertid behov for en ytterligere forbedret utgave av en slik flytende platform, særlig en plattform som er spesielt velegnet for anvendelse i isutsatte farvann, i tillegg til i andre farvann.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det ovennevnte behov imøtekommes ved at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en flytende plattform for boring, produksjon, lagring eller andre anvendelser, særlig egnet for isutsatte farvann, hvilken plattform omfatter

et skrog med ytre sidevegg som i hovedsak er rotasjonssymmetrisk rundt en vertikal senterakse i plattformen og i en nedre ende er lukket med en bunn,

et dekk i en øvre ende av skroget, utstyrt hensiktsmessig i henhold til den påtenkte anvendelse,

idet plattformens dyptgående er vesentlig mindre enn plattformens diameter og plattformens oppdriftssenter for den neddykkede del ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt,

og der den i hovedsak rotasjonssymmetriske ytterside av skroget inkluderer minst tre seksjoner regnet fra skrogets øvre ende: en vannlinjeseksjon som har avtagende diameter i retning nedover langs senteraksen, i hvilken vannlinjeseksjon havets vannlinje skal ligge ved operasjon i isutsatte farvann,

en mellomseksjon med sylinderform, og

en underseksjon som har økende diameter i retning nedover langs senteraksen. Plattformen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved - at den omfatter integrerte innretninger for ballastering, hvorved plattformen kan heves og senkes slik at vannlinjen ligger i meilomseksjonen ved drift i ikke-isutsatte farvann og at vannlinjen ligger i vannlinjeseksjonen ved drift i isutsatte farvann, og - et frakoblbart, nedad forlenget legeme med iboende oppdrift, koaksialt plassert med plattformens vertikale senterakse og tilbaketrukket fra den ytre sideveggs nedre kant for tilkobling og/eller gjennomføring av ankerliner/kjettinger/stigerør og/eller kabler.

Med at skroget i hovedsak er rotasjonssymmetrisk rundt en vertikal senterakse i plattformen menes at skroget er rundt eller nær rundt i formen definert av den ytre sidevegg. En ytre sidevegg med mangekantet form, slik som sammenstilt av mange sammenføyde plater langs omkretsen, er ment å være innbefattet i begrepet i hovedsak rotasj onssymmetrisk.

Forholdet mellom plattformens dyptgående og diameter ved vannlinjen er med fordel 0,2- 0,3 ved operasjon i ikke-isutsatte farvann, hvorved vannlinjen kan legges til mellomseksjonen i skroget. Ved drift i isutsatte farvann er forholdet mellom plattformens dypgående og diameteren ved vannlinjen med fordel ca. 0,3-0,4. Et generelt foretrukket forhold er ca. 0,3.

Vannlinjeseksjonen har med fordel en helning innover i nedad retning på ca. 45°, hvilket er ansett fordelaktig med hensyn til isbryting og de rådende krefter. Helningen i underseksjonen er med fordel ca. 45° utover, sett i retning nedover, hvilket antas å være fordelaktig av hensyn til håndtering og transport av is radialt bort fra plattformen. Underseksjonen bidrar til å gi isen en bevegelse som hindrer den fra å føres under skroget. Andre helninger kan imidlertid også være anvendbare. Overgangen mellom seksjonene kan være skarp eller glidende, slik at formen kan være lignende et timeglass eller en indre del av en veltet U. Typiske dimensjoner på seksjonene er en vannlinjeseksjon som har en høyde på 10-15 m, en mellomseksjon med høyde 5-15 m og en underseksjon med høyde 2-4 m. Seksjonens dimensjoner kan være utenfor det ovenfor angitte, og er avhengig av istykkelse og andre forventede isforhold i det planlagte operasjonsområdet, samt størrelse og dypgående for plattformen.

For en produksjons- og/eller lagerenhet omfatter plattformen et frakoplbart, nedad forlenget legeme (koblingslegeme), koaksialt plassert med plattformens vertikale senterakse, tilbaketrukket fra den ytre sideveggs nedre kant for tilkobling og/eller gjennomføring av ankerliner/kjettinger/stigerør og/eller kabler, og med iboende oppdrift. For isutsatte farvann er et slikt frakoplbart legeme fordelaktig, fordi stigerør, slanger, kabler, ankerliner og kjettinger er tilbaketrukket og dermed beskyttet fra isen, og eksponert koblingsområde er trukket ned en distanse under plattformens bunn. Is som eventuelt måtte komme inn under plattformen må bevege seg et langt stykke inn mot plattformens senter før området for tilkobling nås, slik at isen formodentlig må være steget opp til plattformens bunn og ikke treffe stigerør, ankerliner etc. Dersom et stort isfjell ankommer, kan koblingselementet kobles fra, hvorpå det synker ned til et sikkert dyp bestemt av balanse mellom koblingslegemets oppdrift og vekten av tilkoblede innretninger. Det frakoblbare koblingslegeme strekker seg med fordel minst 10 meter nedenfor plattformens bunn før området for festing/- gjennomføring av stigrør finnes.

For enkelte anvendelser av plattformen, særlig på dypt vann, er det ikke nødvendig med forankring. Dynamisk posisjonering kan benyttes for posisjonering av den flytende plattformen for en del anvendelser, eksempelvis ved boring på dypt vann.

Med oppfinnelsen tilveiebringes også en fremgangsmåte for operasjon i isutsatte farvann av den flytende plattformen ifølge oppfinnelsen, kjenntegnet ved - operasjon av integrerte innretninger for ballastering for selektivt å ballastere plattformen slik at vannlinjen ligger i vannlinjeseksjonen ved drift i isutsatte farvann, og at vannlinjen ligger i mellomseksjonen ved drift i ikke-isutsatte farvann, - selektivt å koble fra det nedad forlengede legemet, slik at det synker ned til et sikkert dyp. Nevnte sikkert dyp er bestemt av balanse mellom legemets oppdrift og vekten av tilkoblede innretninger.

Omfattende testing av den flytende plattformen ifølge oppfinnelsen, i forskjellige skalaer og for et bredt spekter av forhold, har vist forbausende positive resultater.

Figurer

Den foreliggende oppfinnelse, samt fordeler ved den er illustrert ved hjelp av fire figurer, hvorav

figur 1 viser et riss av en flytende plattform ifølge den foreliggende oppfinnelse,

figurene 2, 3 og 4 viser sammenligningsdata mellom de runde, vertikalt stående Sevan-plattformer, hvorav den foreliggende plattform er en type, og henholdsvis en halvt nedsenkbar plattform og et skip, idet

figur 2 illustrerer data for hiv-bevegelse,

figur 3 illustrerer data for stampe-bevegelse, og

figur 4 illustrerer data for rulle-bevegelse.

Detaljert beskrivelse

Det henvises til fig. 1 som i et sideriss illustrerer den flytende plattform ifølge den foreliggende oppfinnelse. Nærmere bestemt er det illustrert en flytende plattform 1, omfattende et skrog 2 som i hovedsak er rotasjonssymmetrisk rundt en vertikal senterakse i plattformen og i en nedre ende er lukket med en bunn 3. Et dekk 4 er illustrert i en øvre ende av skroget, utstyrt hensiktsmessig i henhold til den påtenkte anvendelse. Det fremgår tydelig av figuren at plattformens dypgående er vesentlig mindre enn plattformens diameter. Hvilket ikke fremgår så tydelig er at oppdriftssenteret for den neddykkede del av plattformen ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt. Imidlertid fremgår det tydelig at den rotasjonssymmetriske ytterside av skroget 2 inkluderer minst tre seksjoner regnet fra skrogets øvre ende, nemlig: en vannlinjeseksjon 5 som har avtagende diameter i retning nedover langs senteraksen, i hvilken vannlinjeseksjon havets vannlinje skal ligge ved operasjon i isutsatte farvann,

en mellomseksjon 6 med sylinderform, og

en underseksjon 7 som har økende diameter i retning nedover langs senteraksen.

I retning nedover har vannlinjeseksjonen en helning innover mot senteraksen på ca. 45 °, mens underseksjonen har en helning utover på ca. 45 °. Forholdet dypgang/diameter av plattformen ved vannlinjen er ca. 0,3. Videre er det illustrert et frakoplbart nedad forlenget legeme (koblingslegeme) 8, koaksialt plassert med plattformens vertikale senterakse og tilbaketrukket slik at det ligger langt innenfor skrogets ytre sideveggs nedre kant. Tilkoblingslegemet er for å koble til stigerør, forankringsliner/-kjettinger, slanger, kabler og tilsvarende etter behov. Tilkoblingsområdet for stigerør er minst 10 meter lavere enn plattformens bunn, hvilket er en stor fordel i isutsatte farvann.

Ved operasjon i isutsatte farvann ballasteres plattformen slik at vannlinjen ligger i vannlinjeseksjonen. Nærmere bestemt anses det som fordelaktig å legge vannlinjen slik at øvre kant av forekommende is treffer i øvre del av vannlinjeseksjonen. Ved drift i ikke-isutsatte farvann kan ballasteringen være slik at vannlinjen ligger i mellomseksjonen som har sylinderform, idet en sylinderform med vertikale sider ved vannlinjen gir mindre bevegelser for plattformen.

Den flytende plattformen kan ha mange ulike anvendelser, og utstyres hensiktsmessig i henhold til den påtenkte anvendelse både på dekk og innvendig. Nærmere bestemt kan plattformen anvendes som FPSO (Floating Production Storage Offloading), en FPU (Floating Production Unit), en MODU (Mobile Offshore Drilling unit), en MS V (Multipurpose Support Vessel), en FLNG (Floating Liquified Natural Gas Production), en GTW (Gas Through Wire, det vil si et offshore kraftanlegg), en FDPSO (Floating Drilling Production Storage Offloading), en F AU (Floating Accommodation Unit, det vil si et boligkvarter), eller andre anvendelser.

De generelt kjente fordeler med plattformkonstruksjonene med hensyn til bevegelse i urolig sjø, er illustrert på figurene 2, 3 og 4. På figur 2 ses kurver over hiv-bevegelse for stående rotasjonssymmetriske plattformer (Sevan) og halvt nedsenkbare plattformer og skip, med bølger inn forfra og fra siden på skipet, henholdsvis. På figur 3 illustreres stamping under tilsvarende betingelser for en Sevan-plattform, en halvt nedsenkbar plattform med sjø inn forfra og et skip med sjø inn forfra, og det sees tydelig at den generelle Sevan-konstruksjonen har fordel under mange driftsforhold. På figur 4 ses rulling av tilsvarende flytende installasjoner ved tilsvarende betingelser, og det synes tydelig at Sevan-konstruksjonen har svært fordelaktige egenskaper, tett fulgt av den halvt nedsenkbare installasjon, mens et skip har meget betydelig rulling til sammenligning.

På grunn av meget begrenset lager og lastekapasitet, samt liten anvendbarhet i isutsatte farvann, er halvt nedsenkbare plattformer ikke sammenlignbare med den foreliggende flytende plattform, fordi funksjonaliteten er utilstrekkelig.

Som nevnt ble det ved omfattende uttesting funnet at egenskapene for den flytende plattformen ifølge oppfinnelsen er forbausende fordelaktig i isutsatte farvann. Nærmere bestemt er det foretatt testing med is som driver inn mot en plattformmodell i skala 1 : 40.1 isutsatte farvann er det som nevnt obligatorisk at vannlinjen skal ligge i vannlinjeseksjonen, hvilket betyr at isen naturlig vil brytes ned i retning nedover mot skroget. Samtidig vil skroget påføres en kraft som har en komponent i retning oppover. Uten ønske om å være bundet til noen teori antas det at innkommende is virker med en kraft mot og stues opp mot plattformen slik at plattformen heves et stykke opp på den side som vender mot den drivende is (lo-siden), inntil plattformens rettende moment blir sterkere enn det vippende moment påført av isen. Plattformen vippes eller stamper således rundt en horisontal akse, men plattformens konstruksjon medfører at ved vipping av plattformen øker det rettende moment betydelig sterkere enn det vippende moment påført av isen, hvilket medfører meget moderate bevegelser, og effekten anses å være særlig fremtredende med vannlinjen i vannlinjeseksjonen. Når en mengde is er stuet opp mot vannlinjeseksjonens side, oppnås etter hvert en kraftbalanse, men plattformens iboende opprettende evne endres betydelig ved at oppdriftssenteret flytter seg betydelig til siden (avstand tyngdepunkt til oppdriftssenter øker), hvilket medfører at plattformen vipper tilbake til utgangsposisjonen mens isen knekkes opp og avbøyes i retning nedover. Vannstrømmen og plattformens bevegelse fører isen nedover langs mellomseksjonen, hvorpå isen av vannstrømmen føres videre ned langs underseksjonen og bøyes av i retning utover fra senteraksen, langs med underseksjonens ytterflate. Således bøyes isen ned, føres ned og føres i retning tilbake igjen mot isens driftsretning, hvorpå isen flyter opp igjen som mindre fragmenter og føres rundt plattformen ved hjelp av økt strømningshastighet for vannet nær plattformveggen. Isen brytes svært effektivt opp og føres effektivt rundt plattformen, uten å gjøre skade. Plattformens moderate vippebevegelser bidrar til redusert friksjon mellom isfragmentene og plattformen, ved at en radielt utadrettet vannstrøm dannes når plattformen vipper tilbake. Vippebevegelsen eller stampebevegelsen synes å innta en egenfrekvens. Vannets strømningshastighet er høyere rundt plattformen enn i det omliggende hav, fordi vannet må følge veien rundt plattformen. Dette bidrar til at isfragmenter synes å bli transportert på en "vannpute" rundt plattformen. Men havstrøm som treffer plattformen kan også avbøyes i en betydelig delstrøm under plattformen, særlig for en stor plattform, fordi det gir en kortere eller lettere strømningsvei rundt plattformen. Dette vil kunne føre til isfragmenter under plattformen, hvilket er uønsket, men utformingen av underseksjonen har vist seg effektiv til å hindre is under plattformen, som nevnt ovenfor, i tillegg til å bidra til forbedret "vannpute"-effekt.

Plattformens opptreden ved ispåkjenning er målt og filmet, hvilket viser at den typisk har stampebevegelser som ikke overstiger 6° selv ved 100-års førsteårsiskondisjon i Arktis, og meget små akselerasjoner i alle frihetsgrader. Det kan nevnes at andre flytende plattformkonsepter har vist seg å ha store uakseptable bevegelser ved tilsvarende ispåkjenning, i form av "hoppende" bevegelser med tidvis høy akselerasjon. Både bevegelsene og omfanget av is som stues opp mot den foreliggende plattform er svært lave, idet "hoppende" bevegelser og høy akselerasjon nærmest er fraværende.

Plattformen er fordelaktig utstyrt med propulsjon for manøvrering ved oppkobling, hvilken propulsjon fordelaktig også er tilpasset for anvendelse for propellvasking i området rundt underseksjonen, med virkning mot overflaten på lo-side og ut mot sidene.

Claims (9)

1. Flytende plattform (1) for boring, produksjon, lagring eller andre anvendelser, særlig egnet for isutsatte farvann, hvilken plattform omfatter - et skrog (2) med ytre sidevegg som i hovedsak er rotasjonssymmetrisk rundt en vertikal senterakse i plattformen og i en nedre ende er lukket med en bunn (3), - et dekk (4) i en øvre ende av skroget, utstyrt hensiktsmessig i henhold til den påtenkte anvendelse, - idet plattformens dyptgående er vesentlig mindre enn plattformens diameter og plattformens oppdriftssenter for den neddykkede del ligger lavere enn plattformens tyngdepunkt, og der den i hovedsak rotasjonssymmetriske ytterside av skroget inkluderer minst tre seksjoner regnet fra skrogets øvre ende: - en vannlinjeseksjon (5) som har avtagende diameter i retning nedover langs senteraksen, i hvilken vannlinjeseksjon havets vannlinje skal ligge ved operasjon i isutsatte farvann, - en mellomseksjon (6) med sylinderform, - en underseksjon (7) som har økende diameter i retning nedover langs senteraksen,karakterisert ved- at plattformen omfatter integrerte innretninger for ballastering, hvorved plattformen kan heves og senkes slik at vannlinjen ligger i mellomseksjonen (6) ved drift i ikke-isutsatte farvann og at vannlinjen ligger i vannlinjeseksjonen (5) ved drift i isutsatte farvann, og - et frakoblbart, nedad forlenget legeme (8) med iboende oppdrift, koaksialt plassert med plattformens vertikale senterakse og tilbaketrukket fra den ytre sideveggs nedre kant for tilkobling og/eller gjennomføring av ankerliner/kjettinger/stigerør og/eller kabler.

2. Plattform i følge krav 1, der plattformen er utstyrt med propulsjon for forenklet manøvrering ved oppkobling.

3. Plattform ifølge krav 1 eller krav 2, der forholdet mellom plattformens dyptgående og diameter ved vannlinjen er ca. 0,3.

4. Plattform ifølge krav 1 eller krav 2, der vannlinjeseksjonen (5) har en helning innover i nedad retning på ca. 45°.

5. Plattform ifølge krav 1 eller krav 2, der helningen i underseksjonen (7) er ca. 45° utover, sett i retning nedover.

6. Plattform ifølge krav 1 eller krav 2, der det frakoplbare koblingslegemet (8) strekker seg ca. 10 meter nedenfor plattformens bunn før området for festing/gjennomføring av stigerør og ankerliner finnes.

7. Fremgangsmåte for operasjon i isutsatte farvann av den flytende plattform ifølge et hvilke som helst av kravene 1-6,karakterisert ved- operasjon av integrerte innretninger for ballastering for selektivt å ballastere plattformen slik at vannlinjen ligger i vannlinjeseksjonen (5) ved drift i isutsatte farvann, og at vannlinjen ligger i mellomseksjonen (6) ved drift i ikke-isutsatte farvann, - selektivt å koble fra det nedad forlengede legemet (8), slik at det synker ned til et sikkert dyp.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, der nevnte sikkert dyp er bestemt av balanse mellom legemets oppdrift og vekten av tilkoblede innretninger.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, videre omfattende bruk av en propulsjonsanordning og propeller.