NO773437L

NO773437L - DEEP PLACE IN DEEP WATER AND PROCEDURE FOR CONSTRUCTION

Info

Publication number: NO773437L
Application number: NO773437A
Authority: NO
Inventors: Maurice Gau
Original assignee: Solmarine Societe Anonyme
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1978-04-13
Also published as: FR2367874B1; ES463104A1; IT1087736B; GB1589839A; FR2367874A1

Description

"Forankringssted på dypt vann og fremgangsmåte til å anlegge det" "Anchorage in deep water and method of constructing it"

Utforskningen og utnyttelsen av forekomster i strata under havbunnen, særlig innen området hydrokarboner, har ført til at man stadig søker nye produksjonsfelter på stadig større dyp. The exploration and exploitation of deposits in strata below the seabed, particularly in the area of hydrocarbons, has led to a constant search for new production fields at ever greater depths.

Når vanndybden kommer opp i flere hundre meter, for ikke å snakke om størrelsesorden 1 km eller mer, er det av interesse å ha til rådighet på bunnen av vannet forankringssteder med stor kapasitet, hvor man f.eks. kan fortøye diverse konstruksjoner, som boreplattformen eller hvor man kan installere diverse appa-ratur, f.eks. brønnhoder eller svingende tårn. When the water depth reaches several hundred metres, not to mention the order of magnitude of 1 km or more, it is of interest to have at the bottom of the water anchorage points with a large capacity, where one can e.g. can moor various structures, such as the drilling platform or where you can install various equipment, e.g. wellheads or swinging towers.

Hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe et slikt forankringssted såvel som en fremgangsmåte som gjør det mulig å anlegge forankringsstedet uten at der behøves menneskelig inngrep på bunnen av vannet. The main purpose of the present invention is to provide such an anchoring place as well as a method that makes it possible to build the anchoring place without requiring human intervention on the bottom of the water.

For å anlegge forankringsstedet anbringer man ifølge oppfinnelsen på bunnen et fundament utstyrt med en eller flere stort sett vertikale føringer, hvoretter man utnytter disse føringer for å bringe på plass en eller flere pæler eller bolter som låser fast fundamentet til bunnen, slik at fundamentet blir i stand til å motstå opp- og nedadvirkende vertikale såvel som horisontale krefter. According to the invention, in order to establish the anchoring point, a foundation equipped with one or more largely vertical guides is placed on the bottom, after which these guides are used to bring into place one or more piles or bolts that lock the foundation to the bottom, so that the foundation is in capable of withstanding upward and downward vertical as well as horizontal forces.

Pælene eller boltene er fortrinnsvis forsynt med en armatur som er innrettet til å kunne forbindes med en streng av borestenger som ender i et boreverktøy og er forsynt med anordninger som gjør det mulig å sprøyte inn i utboringen en masse på basis av herdbart bindemiddel, idet armaturen er bestemt til å etterlates i grunnen fast forbundet med fundamentet. The piles or bolts are preferably provided with an armature which is arranged to be able to be connected to a string of drill rods ending in a drilling tool and is provided with devices which make it possible to inject into the borehole a mass based on curable binder, the armature is intended to be left in the ground firmly connected to the foundation.

For å bringe dem på plass kan man gjøre bruk av teknikker som dem der er beskrevet i norsk patent nr. 125.006 og norsk patentsøknad nr. 74.2508, og som gjør det mulig å etablere en intim forbindelse med fundamentet og skaffe stor motstands-dyktighet overfor vertikale trekkrefter. To bring them into place, one can make use of techniques such as those described in Norwegian patent no. 125.006 and Norwegian patent application no. 74.2508, which make it possible to establish an intimate connection with the foundation and obtain great resistance to vertical traction forces.

Den følgende beskrivelse, hvor der henvises til tegningen, og som anføres som ikke-begrensende.eksempel, gjør det godt forståelig hvordan oppfinnelsen kan bringes til utførelse. Fig. 1 anskueliggjør skjematisk i oppriss og delvis vertikalsnitt de første stadier av oppførelsen av et fikseringssted bestemt for å tjene til forankring. Fig. 2, 3 og 4 anskeueliggjør i partielt og vertikalsnitt ytterligere stadier av oppførelsen av fikseringsstedet. Fig. 5 viser hodet av armaturen for en pæl som binder fik-seringsstedets fundament til havbunnen. Fig. 6 viser et lignende snitt av pælarmaturen og anskue-liggjør skjøten mellom to elementer av denne. Fig. 7 viser i snitt og større målestokk et innsprøytnings-rør for pælen forsynt med tilbakeslagsventil. The following description, where reference is made to the drawing, and which is given as a non-limiting example, makes it well understood how the invention can be implemented. Fig. 1 illustrates schematically in elevation and partial vertical section the first stages of the construction of a fixation point intended to serve as anchoring. Figs 2, 3 and 4 illustrate in partial and vertical sections further stages of the construction of the fixation site. Fig. 5 shows the head of the armature for a pile which binds the foundation of the fixing site to the seabed. Fig. 6 shows a similar section of the pile armature and visualizes the joint between two elements thereof. Fig. 7 shows in section and on a larger scale an injection pipe for the pile equipped with a non-return valve.

For å bygge et fikseringssted med stor kapasitet på dypt vann kan man gå frem på den følgende eller en vilkårlig like-verdig måte: Ved hjelp av en flytende innretning 1, f.eks. et fartøy eller en halvveis neddykkbar arbeidsplass innrettet til å kunne holde seg relativt ubevegelig, blir et fundament 4 som har større tetthet enn vann, og er hektet på en kabel 3, senket ned på havbunnen 2. Fundamentet har en eller flere rørformede føringer 5 med konisk utvidet munning bestemt for gjennom-føring av pæler eller bolter som skal låse fundamentet til havbunnen. To build a fixation site with a large capacity in deep water, one can proceed in the following way or in an arbitrarily equivalent way: Using a floating device 1, e.g. a vessel or a semi-submersible workplace arranged to be able to remain relatively motionless, a foundation 4 which has a greater density than water, and is hooked onto a cable 3, is lowered to the seabed 2. The foundation has one or more tubular guides 5 with conical widened mouth designed for the passage of piles or bolts that will lock the foundation to the seabed.

Antall og dimensjon av føringene 5 avhenger av de krefter fikseringsstedet skal kunne utholde, og av havbunnens karakter. Disse rør er forsynt med forlengelser eller skoninger 6 bestemt til å trenge ned i grunnen, og fundamentet er utstyrt med skovler 7 som gir den et godt grep i bunnen. Utførelses-eksempler på disse elementer av anordningen vil bli beskrevet mer detaljert senere. The number and dimensions of the guides 5 depend on the forces the fixation point must be able to withstand, and on the nature of the seabed. These pipes are provided with extensions or shorings 6 designed to penetrate into the ground, and the foundation is equipped with paddles 7 which give it a good grip at the bottom. Design examples of these elements of the device will be described in more detail later.

Når fundamentet 4 er bragt til hvile på bunnen, løser man kabelen 3 og forbinder den med en streng 8 forsynt med et søkke 9 og en bøye 10 (fig. 1). When the foundation 4 has been brought to rest on the bottom, the cable 3 is untied and connected to a string 8 provided with a sinker 9 and a buoy 10 (fig. 1).

Med en vilkårlig egnet innretning 11, f.eks. forsynt med en sonar oq et fiernsynkamera, lokaliserer man innqanqen til en førinq 5 og senker ned i denne en armatur for en rørformet pæl 12 som ender i et boreverktøy 13 og er forbundet med en streng av borstenger 14 som manøvrer fra derriken 15 på fartøyet eller annen boreutrustning 1. With an arbitrarily suitable device 11, e.g. equipped with a sonar and a remote vision camera, one locates the entrance to a guide 5 and lowers into it an armature for a tubular pile 12 which ends in a drilling tool 13 and is connected by a string of drill rods 14 which maneuver from the derrick 15 on the vessel or other drilling equipment 1.

Verktøyet 13 har større diameter enn armaturen 12, f.eks.The tool 13 has a larger diameter than the armature 12, e.g.

av størrelsesorden 65 cm for en armatur av størrelsesorden 55 cm, dimensjoner som tilsvarer en vertikal kraft av størrelsesorden 250 tonn pr. pæl. Pælføringen får da en innvendig diameter av størrelsesorden 70 cm. of the order of 65 cm for an armature of the order of 55 cm, dimensions that correspond to a vertical force of the order of 250 tonnes per pile. The pile guide then has an internal diameter of the order of 70 cm.

Pælenes egenskaper bestemmes i avhengighet av grunnens geotekniske egenskaper, og det antall elementer som utgjør armaturen, er særlig avhengig av de manøvreringsanordninger som er disponible ombord på fartøyet 1. The properties of the piles are determined depending on the geotechnical properties of the ground, and the number of elements that make up the armature is particularly dependent on the maneuvering devices that are available on board the vessel 1.

Utboringen utføres i klart vann med innskytning av en slam-propp på hver forbindelseskabel 14, mens de utborede masser unn-viker til fundamentet 4 som vist på fig. 2, via passende åpninger i føringsrørene, som vil bli beskrevet senere. The drilling is carried out in clear water with the insertion of a mud plug on each connection cable 14, while the drilled masses avoid the foundation 4 as shown in fig. 2, via suitable openings in the guide tubes, which will be described later.

Så snart hullet 16 er utboret, blir armaturen 12, som oventil ender i et hode 17 av en form motsvarende til den utvidede munning 18 av pælføringen, satt ned i denne, hvor den låses, f.eks. som beskrevet mer detaljert senere under henvisning til fig. 5. As soon as the hole 16 has been drilled, the armature 12, which ends at the top in a head 17 of a shape corresponding to the widened mouth 18 of the pile guide, is set down in this, where it is locked, e.g. as described in more detail later with reference to fig. 5.

Tilpasningen av hodet 17 i den utvidede munning 18 gjør det mulig å motstå oppadrettede krefter som fikseringsstedet eller fundamentet vil kunne bli utsatt for. The adaptation of the head 17 in the widened mouth 18 makes it possible to resist upward forces to which the fixation site or the foundation may be exposed.

Man går så i gang med å støpe inn et herdbart bindemiddel 19, f.eks. sement i borehullet 16, som vist på fig. 3, for å binde fundamentet 4 til bunnen 2. You then start pouring in a hardenable binder 19, e.g. cement in the borehole 16, as shown in fig. 3, to tie the foundation 4 to the base 2.

Disse operasjoner gjentas for alle pælene 20 som skal anbringes i fikseringsstedet, hvis kabel 3 så vil kunne benyttes for de tilsiktede formål (fig. 4). These operations are repeated for all the piles 20 to be placed in the fixing location, whose cable 3 will then be able to be used for the intended purposes (fig. 4).

Fig. 5 viser skjematisk snitt av et parti av fundamentet 4, som f.eks. kan være utført av metall eller armert betong, og i alle tilfeller tilstrekkelig sterkt til med sikkerhet å kunne utholde de krefter det skal oppta. På passende steder, f.eks. nær omkretsen av fundamentet, sitter pælføringene 5, hvis utvidede munning 18 er omgitt av en oppragende forsterkningsvulst. 21. Vulsten bærer svingbare låsekroker 22 som er lagret i passende bukker og bestemt til å holde armaturens hode 17 på plass i mun-ningen 18 og dermed motstå nedadvirkende krefter som fikseringsstedet eller fundamentet vil kunne bli utsatt for. Fig. 5 shows a schematic section of a part of the foundation 4, which e.g. can be made of metal or reinforced concrete, and in all cases sufficiently strong to be able to safely withstand the forces it must absorb. In suitable places, e.g. near the perimeter of the foundation, the pile guides 5 are located, the widened mouth 18 of which is surrounded by a projecting reinforcement bead. 21. The bead carries swiveling locking hooks 22 which are stored in suitable brackets and intended to keep the armature head 17 in place in the mouth 18 and thus resist downward forces to which the fixation point or the foundation may be exposed.

Hodet 17 er forlenget nedad med en stuss 23 som slutter seg til det første element av armaturen 12. Dette element har oventil et konisk tyerravstivning 24 som har nedadrettet spiss og tjener til innmontering av et innsprøytningsrør 25 koaksialt med hodet 17 og armaturen 12. I tyerravstivningen 24 er der utformet hull 26, særlig for å tillate gjennomstrømning av borevæske. The head 17 is extended downwards with a spigot 23 which joins the first element of the armature 12. This element has a conical tyer reinforcement 24 above which has a downward-pointing tip and serves to install an injection pipe 25 coaxially with the head 17 and the armature 12. In the tyer reinforcement 24, a hole 26 is formed there, in particular to allow drilling fluid to flow through.

Diameteren av stussen 23 er litt større enn diameteren av armaturen 12, men mindre enn diameteren av føringen 5. Denne er forsynt med åpninger 27 til å tillate de utborede masser som stiger opp med væsken rundt armaturen, å unnvike som forklart under henvisning til fig. 2. The diameter of the spigot 23 is slightly larger than the diameter of the armature 12, but smaller than the diameter of the guide 5. This is provided with openings 27 to allow the excavated masses rising with the liquid around the armature to escape as explained with reference to fig. 2.

Røret 25 er opphengt i hodet 17 ved en konisk tverrvegg 28 som er orientert i likhet med tverrveggen 24 og har åpninger 29. Oventil er røret stengt med en avtagbar propp 30. The pipe 25 is suspended in the head 17 by a conical cross wall 28 which is oriented in the same way as the cross wall 24 and has openings 29. The pipe is closed at the top with a removable stopper 30.

Hodet 17 forbindes med den første borstang 14 via en oppragende stuss 31 og en sikringsskjøt 32 koaksialt med røret 25. The head 17 is connected to the first drill rod 14 via a protruding stub 31 and a securing joint 32 coaxial with the pipe 25.

På fig. 6 er to elementer 121 og 122 av armaturen 12 vist sam-menføyet ved en skjøt 33, mens de tilsvarende elementer 251 og 252 av røret 25 er forbundet butt i butt ved hjelp av en tetnings-skjøt 34. In fig. 6, two elements 121 and 122 of the armature 12 are shown joined together by a joint 33, while the corresponding elements 251 and 252 of the pipe 25 are connected butt to butt by means of a sealing joint 34.

På flere steder har røret 25 og ankeret 12 korresponderende hull hvor der munner ut stort sett radiale innsprøytningskahaler 35 som gjør det mulig å innsprøyte utenom ankeret 12 en støpe-masse som drives frem gjennom røret 25.. Hver kanal 35 har en tilbakeslagsventil 36 innrettet til å tillate massen å trenge ut, men å hindre den i å strømme tilbake til røret 25. In several places, the pipe 25 and the anchor 12 have corresponding holes where largely radial injection channels 35 open out, which make it possible to inject a casting mass outside the anchor 12 which is propelled forward through the pipe 25. Each channel 35 has a non-return valve 36 arranged to to allow the mass to pass out, but to prevent it from flowing back into the tube 25.

Fig. 7 viser et eksempel på en tilbakeslagsventil (allerede beskrevet i norsk patentsøknad 74 2508). I åpningen 37 i armaturen 12 er der fastgjort en boks 38 hvis bunn kanalen 35 er ført av-tettet igjennom. Kanalen 3 5 fortsetter i boksen til området for åpningen 37, hvor den er stengt med en propp 39. Sideåpninger 40 er utformet i veggen av kanalen 35 for å sette denne i forbindelse med det indre av boksen 38, og på den del av kanalen som befinner seg i boksen, er der anbragt en elastisk mansjett 31 av gummi eller lignende elastisk materiale. Fig. 7 shows an example of a check valve (already described in Norwegian patent application 74 2508). In the opening 37 in the armature 12, a box 38 is attached, the bottom of which the channel 35 is led unsealed through. The channel 35 continues in the box to the area of the opening 37, where it is closed with a plug 39. Side openings 40 are formed in the wall of the channel 35 to connect this with the interior of the box 38, and on the part of the channel which is in the box, an elastic cuff 31 of rubber or similar elastic material is placed there.

Når man driver frem en sementmørtel i kanalen 35, trer den ut gjennom hullene 40, idet den vider ut mansjetten 41, som trykker foringen 4 2 sammen,og trer så ut gjennom åpningen 37. Ikke noe fluidum kan passere den motsatte vei. When a cement mortar is advanced in the channel 35, it exits through the holes 40, as it expands the cuff 41, which presses the liner 42 together, and then exits through the opening 37. No fluid can pass the opposite way.

Under borearbeidet, som skjer under innsprøytning av vann gjennom rørene 14 i armaturen 12, er innsprøytningsrøret 25 forsynt med proppen 30, og vannet passerer utenom dette gjennom åp-ningene 26. During the drilling work, which takes place during the injection of water through the pipes 14 in the armature 12, the injection pipe 25 is provided with the stopper 30, and the water passes through the openings 26 without this.

Når utboringen 16 er ferdig, blir hodet 17 på armaturen låst til fundamentet med krokene 22. When the bore 16 is finished, the head 17 of the fixture is locked to the foundation with the hooks 22.

Man går så over til å sprøyte inn støp av sement eller annet bindemiddelj som følger samme vei som borevæsken. You then move on to injecting a cast of cement or other binderj which follows the same path as the drilling fluid.

Hvis der under borearbeidet konstateres en anomali, f.eks. hvis man møter grunn med geotekniske egenskaper som synes ringere enn dem man antok etter forutgående undersøkelser eller også under sementeringen, kan man sprøyte inn ytterligere sprøytemasse ved hjelp av røret 25. If an anomaly is detected during the drilling work, e.g. if you encounter soil with geotechnical properties that seem inferior to those assumed after previous investigations or also during the cementing, you can inject additional spray compound using pipe 25.

Til dette formål fjerner man proppen 30 og fører ned i røret 25 et (ikke vist) innsprøytningsrør med en utgangsåpning plassert mellom to stengeorganer, idet man sørger for at disse to stengeorganer stiller seg på hver sin side av kanalen 35 som støpe-massen skal tre ut igjennom. For this purpose, the plug 30 is removed and an injection pipe (not shown) with an outlet opening placed between two closing devices is led down into the pipe 25, ensuring that these two closing devices are positioned on opposite sides of the channel 35 through which the casting compound is to pass out through.

Den konvergerende tverrvegg 28 letter innføringen av inn-sprøytningsrøret i:• røret 25. The converging transverse wall 28 facilitates the insertion of the injection tube into the tube 25.

Man kan dermed sikre større pålitelighet av det oppførte byggverk. One can thus ensure greater reliability of the constructed structure.

Det sier seg selv at den beskrevne utførelsesform bare er angitt eksempelvis, og at det vil være mulig å modifisere den, særlig ved erstatning med ekvivalente teknikker, uten at man derfor overskrider oppfinnelsens ramme. It goes without saying that the described embodiment is only given as an example, and that it will be possible to modify it, particularly by replacing it with equivalent techniques, without therefore exceeding the scope of the invention.

Likeledes sier det seg selv at oppfinnelsen kan benyttes for andre anvendelser. Likewise, it goes without saying that the invention can be used for other applications.

Spesielt vil det være mulig, etter partiell terrassering, ved hjelp av oppfinnelsen å realisere en understøttelse av støpt vegg, idet det sier seg selv at fundamentet 4 i såfall vil ut-gjøres av en delsone av veggen. In particular, it will be possible, after partial terracing, with the help of the invention to realize a support for a cast wall, as it goes without saying that the foundation 4 will in that case be made up of a sub-zone of the wall.

Likeledes vil man takket være oppfinnelsen på hensiktsmessig måte kunne skaffe en forbindelse mellom grunnen og fundamenter av byggverk som blir utsatt for varierende undertrykk. Likewise, thanks to the invention, it will be possible to provide a connection between the ground and the foundations of buildings that are exposed to varying negative pressure in an appropriate manner.

Claims

1. Procedure for constructing a fixing point at the bottom of a body of water, characterized by placing a foundation on the bottom of the body of water equipped with one or more largely vertical guides and using this or these guides to place one or more piles or bolts that firmly connect the foundation to the bottom, and which can be loaded either in tension, compression or bending.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that in order to place the pile> or piles resp. the bolt or bolts lead down into the guide or guides a tubular fixture which terminates in a drilling tool and is connected to a drilling machine via a string of rods, and then, when the drilling has reached the desired depth, inject into it a hardenable binder and leave the fixture firmly connected to the foundation.

3. Method as stated in claim 1 or 2, characterized in that the foundation is placed on the bottom using a cable attached to it, and frees the cable, which is then connected with a sinker and a buoy.

4. Fixing place in deep water, characterized by a foundation intended to be placed on the bottom of the water and comprising at least one guide that makes it possible to bring into place one or more piles or bolts intended to firmly connect the foundation to the bottom.

5. Fixation point as specified in claim 4, characterized in that the devices for placing the pile or bolt, resp. of each of the piles or bolts includes a fixture fitted with a drilling tool and intended to be lowered into the guide to provide a bore in the ground, where the fixture remains firmly connected to the foundation and embedded in a mass of curable binder.

6. Fixing point as stated in claim 5, characterized in that the fixture has a head which, at the end of the drilling work, fits into the guide in the foundation, which is equipped with means for locking the head.

7. Fixing point as specified in claim 6, characterized in that the head and the guide have mutually corresponding tapered contact surfaces.

8. Fixation point as stated in claim 5, 6 or 7, characterized in that the armature is tubular and has devices for connection with the brush bars, and the guides are provided with openings that make it possible to lead away excavated masses.

9. Fixation point as specified in claim 8, characterized in that the fixture above includes a pipe piece with a larger diameter, designed to fit in the guide.

10. A fixing point as set forth in claim 8 or 9, characterized in that the fixture contains an injection pipe which communicates with openings formed in the fixture, via channels equipped with non-return valves which allow an introduced molding compound to exit, but prevent any entry of fluid.

11. Fixation point as stated in claim 10, characterized in that the injection pipe is connected to the armature by cross walls which are provided with openings and at least for some of them converge towards the underside.

12. Fixing point as stated in claim 10 or 11, characterized in that the injection pipe has a removable plug at the top and is largely coaxial with the brush bars.

13. Fixation point as specified in one of claims 4 - 12, characterized in that the foundation is provided with shovels designed to penetrate to the ground.

14. Fixation point as specified in one of claims 4-13, characterized in that the guide or guides in the foundation are extended downwards with a screed designed to penetrate into the ground.