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EP0099938B1 - Unterwasser-Unterbausystem und seine Installation in grossen Tiefen, fuer selbsthebende Plattformen im Meer - Google Patents

Unterwasser-Unterbausystem und seine Installation in grossen Tiefen, fuer selbsthebende Plattformen im Meer Download PDF

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EP0099938B1
EP0099938B1 EP19820106808 EP82106808A EP0099938B1 EP 0099938 B1 EP0099938 B1 EP 0099938B1 EP 19820106808 EP19820106808 EP 19820106808 EP 82106808 A EP82106808 A EP 82106808A EP 0099938 B1 EP0099938 B1 EP 0099938B1
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EP
European Patent Office
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fact
installation
main supporting
beams
supporting frame
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EP19820106808
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EP0099938A1 (de
Inventor
Giunio Guido Santi
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Individual
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • E02B17/027—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto steel structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0039—Methods for placing the offshore structure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0039—Methods for placing the offshore structure
    • E02B2017/0043—Placing the offshore structure on a pre-installed foundation structure

Definitions

  • the invention relates to an underwater substructure system according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide an underwater substructure system that allows the installation of a fixed, stable, anchored in the sea floor, constantly submerged substructure even for greater depths and is not exposed to any stresses from wind and waves.
  • an underwater substructure system for installation at great depths for self-lifting platforms in the sea which consists of three or more main girders which remain constantly underwater and are each swingably mounted with their lower ends on a supporting frame anchored in the seabed by means of piles that the main beams are connected to one another by means of a connecting frame by means of double hinges, the one of the self-supporting platform, or an intermediate structure, preferably being placed on the substructure by means of a fin-like structure, which is likewise connected to the upper ends of the main beams by means of hinges connected is.
  • the lower ends of the main girders are preferably connected to the respective supporting frame via a universal joint.
  • Main beams have ballast material in their lower ends and buoyancy material in their upper ends.
  • Cable winches with cables are also provided for the installation on the individual parts of the system to be connected to one another.
  • the main girders consisting of a tubular structure are suitable for the formation of storage containers, e.g. for crude oil.
  • the complete system shown in Figures 1 and 2 consists of the known, self-lifting platform 11, the legs 10 of which are connected to the legs 9 of an optional intermediate structure, which is placed on a fin-like structure 8, which in turn by means of double hinges 5 the upper ends of the five main beams 2 of the substructure system according to the invention are connected in the example shown.
  • the lower ends of the main girders 2 are each connected to a support frame 1 by means of a universal joint 13, which is anchored in the seabed by means of a pawl 4.
  • the upper ends of the main beams 2 are connected to one another by means of a horizontal connecting frame 3 via double hinges 6, 7.
  • FIG. 1 To the right of FIG. 1 is a sectional view of a main carrier, the dimensions of which are suitable for the formation of storage tanks for crude oil.
  • the lower ends of the main beams 2 contain ballast material and the upper ends contain buoyancy material, as indicated in FIG. 1 by 14 and 15.
  • the piles 4 with the support frame 1 are driven into the seabed at the measured base points, as shown in FIG.
  • the main beams 2 are floating over brought the base points and thanks to their ballasts 14 and buoyancy materials 15 placed vertically above the base points on the sea floor, as shown in Fig. 6.
  • the length of the individual carriers 2 is determined by the measured quotas of the individual base points, which in the example, according to FIG. 1, are up to 200 m apart.
  • a winch 16 with rope 17 is arranged in the lower end of each carrier 2.
  • the free end of the rope 17 is connected to the support frame 1 by means of the (Smg); thereupon, also with the help of (Smg,), a quantity of the ballast material 14 is drawn off via a hose line 20 such that the carrier 2, thanks to the buoyancy material 15 in its upper end, assumes the position shown in FIG. 7.
  • the side 18 is pulled off the winches 19 attached to the universal joint 13 and connected to the support frame 1 - see FIG. 8.
  • the winches 19 - via the submarine (Smg) the ropes 18 are again removed from the winches 19 wound and thus the carrier 2 lowered and inserted with its universal joint 13 into the support frame 1 - see Fig. 9. Thanks to the buoyancy material 15 in the upper end, the carrier 2 remains in a vertical position.
  • the connecting frame 3 is brought into position according to FIG. 10 and connected to the carriers 2 by means of ropes 22, which can be done with the help of a diving bell 23 or with the help of the submarine (Smg).
  • the connecting frame 3 is lowered and the supports 2 are inclined so far that the hinge parts 6, 7 on the connecting frame 3 come into contact with the corresponding hinge parts 6, 7 on the supports 2, whereupon the bolts in the hinges are used so that the position shown in Fig. 11 is formed.
  • the self-lifting platform 11 can be mounted either directly or, as in the example shown, via an intermediate structure with brines 9 and fin-like structure 8.
  • winches 24 with ropes 25 are provided on the structure 8, the free ends of which are connected to the upper ends of the supports 2, so that the structure 8 can be lowered by actuating the winches 24 and by means of hinges 5 (FIG. 1) with the supports 2 can be connected - see Figures 12 and 13.
  • the cardan joints 13 are poured into the supporting frame 1 by means of cement - see FIG. 14.
  • ballast material 14 and the buoyancy material 15 are brought into a ratio in the carriers 2 such that the carriers 2 are under their own stress and each carrier 2 is in equilibrium with its universal joint 13 on the supporting frame 1.
  • the 15 shows a modified mounting of the supports 2 on the support frame 1, wherein instead of the universal joint, the supports 2 are placed on the support frame 1 by gravity, with a corresponding hemispherical shape 13.
  • the substructure according to the invention can also be doubled by stacking two substructure systems of this type, the lower end of the lower system being designed as shown and the upper system on the lower by means of a fin-like Form 8 - as in Fig. 1 - can be placed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Unterwasser-Unterbausystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Während für Wassertiefen bis 250-300 m im allgemeinen fixe Unterbaustrukturen bekannt sind, die entweder mittels Pfählen im Meeresboden befestigt sind, oder mit Schwerkraft darauf aufgesetzt sind, werden bislang für grössere Tiefen meist schwimmende oder halbschwimmende Tragstrukturen verwendet. Diese sind der Wirkung von Wind, Wellen und Strömungen ausgesetzt, weshalb die Verbindungen mit den fixen Strukturen, wie Bohrlochköpfe, Olleitungen, usw. in flexibler Form ausgeführt sein müssen, wozu komplizierte Kupplungen erforderlich sind.
  • Aus der Patentschrift DE-A-2 938 181 ist ein Unterwasser-Unterbausystem für tiefes Wasser für eine selbsthebende Plattform (1) und seine Installation im Meer bekannt, das aus mindestens drei Haupttragern(2) besteht, deren untere Enden je auf einem im Meeresboden verankerten Tragrahmen (3) schwingbar aufgesetzt sind. Über die Verbindung zwischen den oberen Enden der Hauptträger und der unmittelbar darauf aufgesetzten Plattform ist in der genannten Patentschrift nichts gesagt. Die Tiefe der möglichen Installation ist auf die Länge der Hauptträger beschränkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Unterwasser-Unterbausystem, das auch für grössere Tiefen die Installation eines fixen, stabilen, im Meeresboden verankerten, ständig unter Wasser bleibenden Unterbaues gestattet und keinerlei Beanspruchung durch Wind und Wellen ausgesetzt ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Unterwasser-Unterbausystem für Installation in grossen Tiefen für selbsthebende Plattformen in Meer, das aus drei oder mehr Hauptträgern besteht die ständig unterwasser bleiben und mit ihren unteren Enden je auf einem im Meeresboden mittels Pfähle verankerten Tragrahmen schwingbar aufgesetzt sind, dadurch gelöst dass die Hauptträger mit ihren oberen Enden mittels eines Verbindungsrahmens über Doppel-Scharniere miteinander verbunden sind, wobei die eine der selbsttragenden Plattform, oder einer Zwischenstruktur, auf dem Unterbausystem vorzugsweise über ein flossartiges Gebilde aufgesetzt sind, das ebenfalls mittels Scharniere mit den oberen Enden der Hauptträger verbunden ist.
  • Die Verbindung der unteren Enden der Hauptträger mit dem jeweiligen Tragahmen erfolgt vorzugsweise über ein Kardangelenk.
  • Für die Installation und auch für die Stabilität des installierten Unterbaues enthalten die. Haupttrager in ihren unteren Enden Ballastmaterial und in ihren oberen Enden Auftriebsmaterial.
  • Für die Installation sind ferner Seilwinden mit Seilen auf den einzelnen miteinander zu verbindenden Teilen des Systems vorgesehen.
  • Die aus einer Rohrstruktur bestehenden Haupttrager eignen sich für die Bildung von Lagerungsbehältern, z.B. für Rohöl.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht eines kompletten Systems mit durch Pfähle (4) im Meeresboden verankerten Tragrahmen (1) für die Hauptträger (2) des Unterbaues, mit fakultativer Zwischenstruktur (9) und mit selbsthebender Plattform (11);
    • Fig. 2 die um 90° gegenüber der Fig. 1 verdrehte Seitenansicht des gleichen Systems;
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf das Unterbausystem nach den Figuren 1 und 2;
    • Figuren 4 bis 14 Installationsschritte des erfindungsgemässen Unterbausystems;
    • Fig. 15 eine abgeänderte Form des Aufsetzens der Hauptträger auf den Tragrahmen des Unterbausystems.
  • Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte komplette System besteht aus der, an sich bekannten, selbsthebenden Plattform 11, deren Beine 10 mit den Beinen 9 einer fakultativen Zwischenstruktur verbunden sind, die auf einen flossartigen Gebilde 8 aufgesetzt ist, welches seinerseits mittels Doppelscharniere 5 mit den oberen Enden der im gezeigten Beispiel fünf Hauptträger 2 des erfindungsgemässen Unterbausystems verbunden sind. Die unteren Enden der Hauptträger 2 sind mittels eines Kardangelenks 13 je mit einem Tragrahmen 1 verbunden, der mittels Pfhäie 4 im Meeresboden verankert ist. Die oberen Enden der Hauptträger 2 sind mittels eines horizontalen Verbindungsrahmens 3 über Doppelscharniere 6, 7 miteinander verbunden.
  • Im gezeigten Beispiel ist für den Meeresboden eine Tiefe von 654 m unter Wasserspiegel angenommen, während die Plattform 11 sich 39 m über dem Wasserspiegel befindet. Das erfindungsgemässe Unterbausystem ist ständig vollkommen unterwasser und unterhalb des Wirkungsbereichs der Wellen, wie in Fig. 1 links oben eingezeichnet ist. Rechts neben der Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Hauptträgers gezeichnet, der mit seinen Abmessungen zur Bildung von Lagerungstanks für Rohöl geeignet ist.
  • Die unteren Enden der Hauptträger 2 enthalten Ballastmaterial und die oberen Enden enthalten Auftriebsmaterial, wie in Fig. 1 mit 14 und 15 angedeutet ist.
  • Die Installation des erfindungsgemässen Unterbausystems ist nachstehend mit Bezug auf die Figuren 4 bis 14 beschrieben. Zunächst werden, laut Fig. 4, mittels eines Unterseebootes (Smg) die genauen Abstände und Quoten der fünf Basispunkte A, B, C, D, E für die fünf Hauptträger ausgemässen.
  • Dann werden mittels eines Bauschiffes die Pfähle 4 mit dem Tragrahmen 1 an den ausgemessenen Basispunkten in den Meeresboden eingetrieben, wie in Fig.5 gezeigt ist. Die Hauptträger 2 werden schwimmend über die Basispunkte gebracht und dank ihrer Ballaste 14 und Auftriebsmaterialien 15 vertikal ncben den Basispunkten auf den Meeresboden aufgestellt, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die Länge der einzelnen Träger 2 ist durch die ausgemessenen Quoten der einzelnen Basispunkte bestimmt, die im Beispiel, laut Fig. 1, bis zu 200 m voneinander entfernt sind.
  • Im unteren Ende eines jeden Trägers 2 ist eine Seilwinde 16 mit Seil 17 angeordnet. Das freie Ende des Seils 17 wird mit Hilfe des (Smg) mit dem Tragrahmen 1 verbunden; daraufhin wird, ebenfalls mit Hilfe des (Smg,) über eine Schlauchleitung 20 eine solche Menge des Ballastmaterials 14 abgesogen, dass der Träger 2, dank des Auftriebsmaterials 15 in seinem oberen Ende, die in Fig. 7 gezeigte Stellung einnimmt. Nun werden von den auf dem Kardangelenk 13 angebrachten Winden 19 die Seite 18 abgezogen und mit dem Tragrahmen 1 verbunden - siehe Fig. 8. Durch Betätigung der Winden 19 -über das U-boot (Smg)werden die Seile 18 wieder von den winden 19 aufgewickelt und damit der Träger 2 abgesenkt und mit seinem Kardangelenk 13 in den Tragrahmen 1 eingesetzt - siehe Fig. 9. Dank des Auftriebsmaterials 15 in dem oberen Ende bleibt der Träger 2 in vertikaler Lage.
  • Nun wird gemäss Fig. 10 der Verbindungsrahmen 3 in Stellung gebracht und mittels Seile 22 mit den Trägern 2 verbunden, was mit Hilfe einer Taucherglocke 23, oder mit Hilfe des U-Bootes (Smg), erfolgen kann. Durch Betätigung der Winden 21 wird der verbindungsrahmen 3 abgesenkt und dabei werden die Träger 2 soweit geneigt, dass die Scharnierteile 6, 7 auf dem Verbindungsrahmen 3 mit den entsprechenden Scharnierteilen 6, 7 auf den Trägern 2 in Dingriff kommen, worauf die Bolzen in die Scharniere eingesetzt werden, sodass die in Fig. 11 gezeigte Stellung entsteht.
  • Nun kann die selbsthebende Plattform 11, entweder unmittelbar, oder wie im gezeigten Beispiel über eine Zwischenstruktur mit Brinen 9 und flossartigem Gebilde 8 montiert werden.
  • Hierzu sind auf dem Gebilde 8 Winden 24 mit Seilen 25 vorgesehen, deren freie Enden mit den oberen Enden der Träger 2 verbunden werden, sodass das Gebilde 8 durch Betätigung der Winden 24 abgesenkt werden kann und mittels Scharniere 5 (Fig. 1) mit den Trägern 2 verbunden werden kann - siehe Figuren 12 und 13.
  • Nach der so erfokgten Installation werden die Kardangelenke 13 in den Tragrahmen 1 mittels Zement vergossen - siehe Fig. 14.
  • Zuletzt werden das Ballastmaterial 14 und das Auftriebsmaterial 15 in den Trägern 2 in ein solches Verhältnis gebracht, dass die Träger 2 unter Eigenspannung stehen und jeder Träger 2 mit seinem Kardangelenk 13 im Gleichgewicht auf dem Tragrahmen 1 steht.
  • Die Fig. 15 zeigt eine abgeänderte Lagerung der Träger 2 auf dem Tragrahmen 1, wobei anstelle des Kardangelenkes ein Aufsetzen der Träger 2 mit Schwerkraft auf dem Tragrahmen 1, bei entsprechender halbkugelförmiger Formgebung 13, vorgesehen ist.
  • Für noch grössere Tiefen als in Fig. 1 beispielsweise angegeben ist, kann der erfindungsgemässe Unterbau auch verdoppelt werden, in dem zwei derartige Unterbausysteme übereinandergesetzt werden, wobei das untere Ende des unteren Systems wie gezeigt ausgeführt ist und das obere System auf das untere mittels eines flossartigen Gebildes 8 - wie in Fig. 1 - aufgesetzt werden kann.
  • Es ist auch möglicb, gemäss einer weiteren Ausführungsform, zwischen den oberen und den unteren Enden des Unterbausystems horizontale Verbindungsbalken vorzusehen, die mit den Trägern 2 über Doppelscharniere 6, 7 verbunden werden.

Claims (11)

1.) Unterwasser-Unterbausystem, geeignet für grosse Tiefen, für eine selbsthebende Plattform; und seine installation im Meer, das aus mindestens drei Hauptträgern (2) besteht, deren untere Enden je auf einem im Meeresboden mittels Pfähle(4) verankerte Tragrahmen (1) schwingbar aufgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Enden der Hauptträger (2) mittels eines Verbindungsrahmen (3) über Doppelscharniere (6,7) miteinander verbunden sind.
2.) Unterwasser-Unterbausystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsthebende Plattform (11), über Beine (10) und/oder über eine Zwischenstruktur (9), mittels eines flossartigen Gebildes (8) mit den oberen Enden des Unterbausystems über Scharniere (5) verbunden ist.
3.) Unterwasser-Unterbausystem, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Enden der Hauptträger (2) mit dem jeweiligen Tragrahmen (1) mittels eines Kardangelenkes (13) verbunden sind.
4.) System nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptträger (2) in ihren unteren Enden Ballastmaterial (14) und in ihren oberen Enden Auftriebsmaterial (15) enthalten.
5.) System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hauptträger (2) nahe dem unteren Ende eine Seilwinde (16) mit. Seil (17) enthält, wobei das freie Ende des Seils, zur Installation, von der Winde abgewickelt, mit dem Tragrahmen (1) verbunden, und dann wieder aufgewickelt wird.
6.) System nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem am unteren Enden des Hauptträgers (2) angebrachten Kardangelenk zwei Winden (19) mit Seilen (18) vorgesehen sind, deren freie Enden, zur Installation, abgewickelt, mit dem Tragrahmen (1) verbunden und dann wieder aufgewickelt werden.
7.) System nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsrahmen (3) Seilwinden (21) mit Seilen (22) vorgeschen sind, deren freie Enden zur Installation, abgewickelt, mit den oberen Enden der Hauptträger (2) verbunden und dann wieder aufgewickelt werden.
8.) System nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Aufsetzen des Kardangelenkes (13) auf den Tragrahmen (1), dieser mit Zement ausgegossen wird.
9.) System nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptträger (2) mittels eines halbkugelförmigen Teils (13) (Fig.15) in einem entsprechend geformten Tragrahmen (1) eingesetzt werden.
10.) System nach den AnsprUchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptträger (2) mittels horizontaler Verbindungsbalken zwischen den oberen und unteren Enden der Träger (2) miteinander verbunden werden.
11.) System nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erfindungsgemässe Unterbausysteme übereinander angeordnet sind.
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AU555240B2 (en) 1986-09-18
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