DK161443B - Traekpaavirket forankringselement til en offshore-platform - Google Patents

Description

DK 161443 B

Opfindelsen angår et forankringselement bestemt til trækpåvirkning ved anvendelse i en forankring af en flydende off shore-konstruktion.

Med den gradvise opbrugen af underjordiske og under-5 søiske kulbrintereservoirer på lavt vand er eftersøgningen efter yderligere oliereserver blevet udstrakt over stadig større vanddybder på jordens ydre kontinentalsokler. Efterhånden som sådanne dybereliggende reservoirer er opdaget, er der udviklet stadig mere komplicerede og raffinerede 10 produktionssystemer. Det forudses at omkring år 1990 vil der kræves offshore-udvindings- og -produktionsfaciliteter til undersøgelse på vanddybder på 2000 m eller mere. Da konstruktioner som er funderede på havbunden sædvanligvis er begrænsede til anvendelse på dybder på ikke mere end ca.

15 450 m ved den foreløbigt kendte teknik og på grund af den krævede forskydningsstyrke af konstruktionen, har man udviklet andre såkaldte eftergivende konstruktioner. En type eftergivende konstruktion, der har vakt betydelig opmærksomhed, er en platform med trækpåvirkede forankringselementer, 20 i det følgende kaldt en TLP-platform. En TLP-platform er en flydende platform af den semisubmersible type, som er forankret med pilotérede fundamenter gennem vertikalt orienterede elementer eller fortøjningsliner kaldet trækpåvirkede forankringselementer. Forankringselementerne holdes hele tiden 25 under trækspænding ved at sikre at opdriften af TLP-platfor-men under alle forhold er større end dens vægt under arbejdet. TLP-platformen er fastholdt eftergiveligt mod bevægelser i sideretningen, således at den kan svaje, vugge og gire, medens dønnings-, stampnings- og rulningsbevægelser i ver-30 tikalt plan begrænses kraftigt af forankringselementerne.

Der er fremkommet adskillige konstruktionsforslag til den eftergivende konstruktion ud fra dynamiske betragtninger af konstruktionen på grund af påvirkninger fra vandbølger.

For at formindske svingningsbevægelser, må konstruktionens 35 naturlige svingningsperiode være enten mindre eller større end bølgeperioderne ved forskellige bølgetilstande. En stiv

DK 161443B

2 konstruktion såsom en fast platform er konstrueret med en naturlig svingningsperiode, der er mindre end bølgeperioden.

Faste platformes naturlige svingningsperiode vokser imidlertid med voksende vanddybde og nærmer sig til sidst til bøl-5 geperioden, hvilket resulterer i store bevægelser af platformen. I en eftergivelig konstruktion såsom en TLP-platform er den naturlige svingningsperiode tilrettelagt, så den er større end bølgeperioden.

Gængse TLP-konstruktioner anvender tykvæggede stålrør 10 som forankringselementer. Disse trækpåvirkede forankringselementer har en betydelig vægt i forhold til den flydende platform, og denne vægt må overvindes af den flydende konstruktions opdrift. F.eks. har de trækpåvirkede forankringselementer, der benyttes i verdens først anvendte TLP-plat-15 form, der er installeret i Hutton-feltet i den britiske del af Nordsøen på en vanddybde på 150 m, stålrør med en udvendig diameter på 26 cm og en indvendig diameter på 7,6 cm. Det indses let, at med den voksende længde af forankringselementet der kræves til TLP-platformen på stadigt dybere vand, 20 må en flydende konstruktion med den nødvendige opdrift til at overvinde den uhyre vægt af sådanne forankringselementer være så stor, at den bliver uøkonomisk. Endvidere vil udstyret til håndtering, installation og genoptagning af de lange, tunge trækpåvirkede forankringselementer bevirke en yder-25 ligere forøgelse af vægten og kompleksitet i et platformsystem med trækpåvirkede forankringselementer. Der kan anvendes flydesystemer, men deres pålidelighed er tvivlsom. Desuden bevirker de en forøgelse af de hydrodynamiske kræfter, som virker på konstruktionen.

30 I forsøg på at sænke vægten af forankringselementerne til dybtvand, samtidig med at styrken af de tunge stålrør opretholdes, har man foreslået at benytte kompositkonstruktioner af kulfibre og/eller aramidfibre med høj elasticitetsmodul. Medens der sker en betydelig reduktion af vægten af 35 sådanne komposit-forankringselementer, er de sårbare over for skader ved slagpåvirkning. Endvidere gør de store udgif-

DK 161443B

3 ter til råmaterialer brugen af kompositkonstruktionerne særdeles kostbar og dermed uøkonomisk under alle andre forhold end producering fra en stor undersøisk olieholdig formation eller på meget dybt vand.

5 Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe et billigt, let forankringselement til flydende offshore-kon-struktioner.

Det er endvidere formålet med opfindelsen at anvise et let, billigt forankringselement, som gør det muligt at 10 udstrække strækbensteknikken til platforme på større havdybder end det for tiden er økonomisk muligt ved anvendelse af trækpåvirkede forankringselementer alene fremstillet af stål.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved et forankringselement af den i krav l's indledning angivne art med de i krav 15 l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder.

Ved den foreliggende opfindelse er tilvejebragt en stål- og fiberkompositkonstruktion til anvendelse som et trækpåvirket forankringselement i en TLP-platform, hvilket forankringselement kan fremstilles således, at det får en 20 neutral opdrift i vand. Denne konstruktion er lettere end de gængse tykvæggede stålrør, men har bedre modstandsevne mod beskadigelse og er billigere end fiberforstærkede komposit-konstrukt i oner.

Elementet ifølge opfindelsen indbefatter endvidere 25 et syntaktisk skum, som udfylder resten af det ringformede rum, for at sikre elementets opdrift og give det ekstra stivhed og modstand mod kollaps.

Ifølge opfindelsen samles et antal af de beskrevne elementer ende mod ende og forbindes med et undersøisk for-30 ankringsorgan og en flydende platform og sættes under trækspænding for at danne et spændt forankringselement på platformen.

Opfindelsen forklares nærmere i forbindelse med en foretrukken udførelsesform og under henvisning til tegningen, 35 hvor fig. 1 skematisk og set fra siden viser en platform

DK 161443 B

4 med trækpåvirkede forankringselementer, hvori hybrid-kom-positforankringselementet ifølge opfindelsen kan inkorporeres , og fig. 2 et tværsnit gennem et forankringselement 5 ifølge opfindelsen.

Tegningen viser blot en foretrukken udførelsesform for forankringselementet ifølge opfindelsen, der kan varieres på forskellige måder. Fig. 1 viser en offshore-platform 10 med trækpåvirkede forankringselementer. Denne TLP-platform 10 10 består i hovedsagen af en platform 12, der flyder på overfladen af en vandmasse 14 og er forankret til havbunden 16 ved hjælp af et antal strakte forankringselementer 18, som strækker sig mellem den flydende platform 12 og et forankringsorgan 20, der er anbragt på havbunden 16. Foran-15 kringsorganet 20 er indrettet til at kunne forbindes med flere strakte forankringselementer 18 og er fastholdt i stilling ved hjælp af et antal piloteringspæle, der er ført ned i havbunden 16.

I en foretrukken udførelsesform for forankringsele-20 mentet 18 består det af et antal lette kompositrør 22 af stål og fibre, hvilke rør ved deres ender er indbyrdes forbundne ved hjælp af samlingsorganer 24 af metal. De strakte forankringselementer 18 holdes under konstant trækspænding mellem forankringsorganet 20 og den flydende platform 12 25 ved hjælp af platformens opdrift, der til stadighed holdes større end platformens arbejdsvægt under alle forhold.

Stål- og fiberkompositrøret 22 i forankringselementet 18 består ifølge opfindelsen af et metallisk yderrør 26 med et indvendigt samlingsorgan 28 med gevind ved den ene ende 30 og et udvendigt samlingsorgan 30 med indvendigt gevind ved den modsatte ende. Gevind-forbindelsesorganerne tjener til samling af kompositrør 22 med andre kompositrør. Et indre rør 32 med mindre diameter er anbragt koncentrisk i det ydre 26 og er forbundet med dette nær enderne ved hjælp af 35 svejsesømme 34, 36 tæt ved henholdsvis det indvendige og det udvendige forbindelsesorgan 28, 30.

DK 161443 B

5

De koncentriske indre og ydre rør 32 og 26 danner mellem sig et ringformet rum 36. Ifølge opfindelsen er der til den yderste væg 38 i det ringformede rum 36 klæbet eller bundet et antal i længderetningen orienterede for-5 stærkningsfibre 40 i en harpiksmatrix. I den viste foretrukne udførelsesform er i længderetningen orienterede aramidfibre klæbet sammen og forbundet med den ydre væg 38 med en epoxyharpiks. Fibrene forøger i høj grad trækstyrken i røret 22. Selv om aramidfibre foretrækkes på grund 10 af deres høje trækstyrke, kan de erstattes med andre fibre, eller disse kan benyttes sammen med aramidfibrene og kan f.eks. være fibre af kul, bor, glas eller tilsvarende materialer. Mængden og arten af fibre kan være forskellig til forskellige anvendelser, således at det nødvendige 15 kraftoverførende tværsnitsareal af fibermaterialet er tilvejebragt i det ringformede rum 36.

Selv om binding af fibermaterialet 40 til den yderste væg 38 i det ringformede rum 36 kan være tilstrækkelig til at holde fibrene i arbejdsstilling i komposit-20 røret 22, kan der være anbragt et øvre og et nedre spænde-organ 42 henholdsvis 44 for at sikre forbindelsen mellem fiber- og harpiksmaterialet 40 og resten af konstruktionen i røret 22. I den i fig. 2 viste foretrukne udførelsesform strækker det øvre og nedre spændeorgan 22 henholdsvis 44 25 sig så langt, at de kan fastsvejses til konstruktionen sammen med det ydre rør 26 og det indre rør 32 ved svejsesømmene 34.

I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er den resterende del af det ringformede rum 36 fyldt med et 30 materiale, som giver kompositrøret 22 ekstra stivhed og styrke mod sammenklapning. Det ringformede rum 36 kan være fyldt med skum 46 af en vilkårlig type såsom polyu-rethanskum, hvis tæthed kan varieres ved opskumning på stedet, f.eks. kan der anvendes polystyrenskum eller 35 en syntaktisk skum af e£oxy og hule små glaskugler.

6

DK 161443 B

Eksempel

Et kompositrør som vist i fig. 2 opbygges af et ydre rør med en udvendig diameter på 60 cm og en vægtykkelse på 6,2 mm og et indre rør med en udven-5 dig diameter på 27,7 cm og en vægtykkelse på 6,2 cm.

Kevler-aramidfibre bindes til den indvendige overflade af det ydre rør. Den øvrige del af det ringformede rum fyldes med et af de førnævnte stive skummaterialer.

Hvis en trækpåvirkning kun skal optages af ståldelene 10 i konstruktionen og det antages at denne belastes til en flydegrænse på 3515 kg/cm2 vil konstruktionens trækbærevne være ca. 610 tons. Et kompositelement ifølge opfindelsen med et aramidfibertværsnit på 465 cm2 vil have en trækbæreevne på 1634 tons, når stålet atter belastes til en flyde-15 grænse på 3515 kg/cm2. Dette er baseret på en elasticitetskoefficient for aramidfibre på 1265500 kg/cm2 og på den antagelse, at den del af den aksiale belastning som bæres af hvert materiale er en funktion af produktet af dets areal og dets elasticitetskoefficient. Tværsnitsarealet for hvert 20 materiale kan optimeres i konstruktionsprocessen for hver specifik anvendelse.

Resten af det ringformede rum er fyldt med skum med en 0,24 g/cm3. Når der anvendes aramidfibre med en vægtfylde på 1,44 g/cm3, vil vægten pr. m kompositrør i luft være 25 257 kg. Røret vil fortrænge 247 kg pr. m i vand, når rørets indre er vandfyldt. Det dobbeltvæggede stål- og fiberkom-posit-forankringselement ifølge opfindelsen vil således i alt væsentligt have neutral opdrift i vand.

Selv om de indre og ydre rør i kompositrøret 30 fortrinsvis fremstilles af stål kan andre metaller eller kompositmaterialer anvendes. Endvidere kan konstruktionen forsynes med antibegroningsbelægning og/eller katode--beskyttelsesbelægninger.

35

Claims (15)

1. Forankringselement (18) bestemt til traekpåvirkning ved anvendelse i en forankring af en flydende offshore-kon-struktion (10), kendetegnet ved, at det består 5 af et indre rør (32) og et ydre rør (26), som er fast forbundet med hinanden ved enderne og mellem sig danner et ringformet rum (36), og at et antal i længderetningen orienterede fibre (40) inde i det ringformede rum er bundet til indersiden af det ydre rør til forøgelse af forankringsele-10 mentets trækstyrke.

2. Forankringselement ifølge krav 1, kendet-n e t ved, at det indre og ydre rør er fremstillet af metal.

3. Forankringselement ifølge krav 2, kendeteg-15 net ved, at det indre og ydre rør er af stål.

4. Forankringselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fibrene er lejret i en harpiksmatrix, som er bundet til indersiden af det ydre rør.

5. Forankringselement ifølge krav 1, kendeteg-20 net ved, at fibrene indbefatter aramidfibre.

6. Forankringselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fibrene indbefatter kulfibre.

7. Forankringselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fibrene indbefatter borfibre.

8. Forankringselement ifølge krav 1, kendeteg net ved, at fibrene indbefatter glasfibre.

9. Forankringselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det har spændeorganer (42,44) til sikker fastholdelse af fibermaterialet, hvilke spændeorganer er 30 fast forbundet med det indre og det ydre rør.

10. Forankringselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det ringformede rum (36) også indeholder et stift fyldmateriale (46) af skum

11. Forankringselement ifølge krav 10, kende-35 tegnet ved, at fyldmaterialet indbefatter polyurethan- skum. DK 161443 B

12. Forankringselement ifølge krav 10, kendetegnet ved, at fyldmaterialet indbefatter polystyrenskum.

13. Forankringselement ifølge krav 10, kende-5 tegnet ved, at fyldmaterialet er et syntaktisk skum af epoxy og hule, små glaskugler.

14. Forankring mellem et anker på havbunden og en flydende konstruktion, kendetegnet ved, at det består af et antal forankringselementer ifølge 10 ethvert af de foregående krav.

15 20 25 30 35