NO174063B

NO174063B - BOTTOM ANCHORED PLATFORM CONSTRUCTION, SPECIAL FOR EARTH EFFECTIVE SEA AREAS

Info

Publication number: NO174063B
Application number: NO91910641A
Authority: NO
Inventors: Jon Hermstad
Original assignee: Norwegian Contractors
Priority date: 1991-02-18
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1993-11-29
Also published as: CN1065698A; NO910641L; NO174063C; CN1029377C; NO910641D0

Abstract

Det er vist en fralandsplattform for f. eks. boring etter og produksjon av hydrokarboner, og som er spesielt egnet for jordskjelvaktive områder. Plattformen hviler på havbunnen med beskjedent trykk på grunn av liten neddykket vekt, og er forankret til fastere bunnlag med peler som kan ta opp de horisontale og eventuelle vertikale krefter ved jordskjelv. Plattform og søyler kan fremstiller i hvilket som helst egnet materiale, fortrinnsvis i forspent betong.An offshore platform is shown for e.g. drilling for and production of hydrocarbons, and which is particularly suitable for earthquake-active areas. The platform rests on the seabed with modest pressure due to small submerged weight, and is anchored to a firmer bottom layer with piles that can absorb the horizontal and any vertical forces during earthquakes. Platforms and columns can be made of any suitable material, preferably of prestressed concrete.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en plattformkonstruksjon for utvinning av hydrokarboner i sjøbunnen, nærmere bestemt en bunnforankret plattformkonstruksjon for jordskjelvaktive havområder, særlig i områder hvor sjøbunnen har et øvre lag av løsmasser med lav bæreevne. The present invention generally relates to a platform structure for the extraction of hydrocarbons in the seabed, more specifically a bottom-anchored platform structure for earthquake-active sea areas, particularly in areas where the seabed has an upper layer of loose masses with low bearing capacity.

Det er vanlig å fundamentere fralandsplattformer ved at de stabiliseres ved hjelp av egen tyngde og hvilende på havbunnen. Kontakttrykket mellom havbunnen og plattformen sørger for at plattformen er sikret mot velting, horisontal glidning og dyperegående bæreevnebrudd som følge av ytre påvirkende miljøkrefter. Ved bløte bunnforhold anvendes nedadrettete skjørt som presses ned i løsmassene for å sikre nødvendig geoteknisk stabilitet. Ved særlig vanskelige bunnforhold kreves skjørt av betydelig høyde. Fremgangsmåten er effektiv, men kan være kostnadskrevende, spesielt ved de betydelige skjørthøyder som er nødvendig ved bløte bunnforhold. It is common to base offshore platforms by stabilizing them using their own weight and resting on the seabed. The contact pressure between the seabed and the platform ensures that the platform is secured against overturning, horizontal sliding and deeper bearing capacity failures as a result of external influencing environmental forces. In soft bottom conditions, downward-directed skirts are used which are pressed into the loose masses to ensure the necessary geotechnical stability. In particularly difficult bottom conditions, skirts of considerable height are required. The method is effective, but can be costly, especially with the significant skirt heights that are necessary in soft bottom conditions.

Det er tidligere kjent bunnforankrete plattformløsninger hvor fundamentet er gitt stor stivhet og bæreevne for å kunne motstå de krefter som overføres fra plattformen ned i havbunnen, og fra havbunnen opp i plattformen. Pga. av den store stivhet og bæreevne som slike fundamentløsninger må ha, er de nettopp av denne grunn i jordskjelvutsatte områder meget sårbare, idet jordskjelvrystelser med dertil hørende jord-skjelvinduserte krefter vil forplante seg og faktisk forsterke seg opp gjennom plattformkonstruksjonen og derved medføre stor fare for både utstyr og personale. Bottom-anchored platform solutions are previously known, where the foundation is given great rigidity and bearing capacity to be able to withstand the forces that are transferred from the platform down into the seabed, and from the seabed up into the platform. Because of. due to the great rigidity and load-bearing capacity that such foundation solutions must have, for this very reason they are very vulnerable in earthquake-prone areas, as earthquake tremors with the associated earthquake-induced forces will propagate and actually amplify up through the platform construction, thereby causing great danger to both equipment and personnel.

For å fastholde plattformfundamentet på sjøbunnen, er kjent ulike løsninger. En vanlig kjent løsning er å utføre fundamentet med nedoverrettete skjørt som griper ned i sjøbun-nen. Videre er kjent pelforankring av plattformfundamenter, eventuelt i tillegg til bruk av nedoverrettete peler. Videre er det kjent fundamentløsninger med sikte på at fundamentene kan undergå begrensete sideveis bevegelser i forhold til sjøbunnen, slik at bevegelser i sjøbunnen bare i mindre grad overføres til plattformen. Som illustrerende for teknikkens stilling kan vises til GB 2162569, og norsk patent nr. 148562, som viser en bunnhvilende plattform forsynt med plan funda-mentunderside. Det er videre kjent plattformkonstruksjoner med ballasterbare celler, slik at en kan regulere plattformens vekt i forhold til sjøbunnens bæreevne, og derved i noen grad kan bestemme plattformens nedtrengning i sjøbunnen, noe som igjen vil innvirke på plattformens sidestabilitet i forhold til sjøbunnen. En ulempe med plattformfundamenter som er anordnet for å kunne undergå sideveis bevegelser i forhold til sjøbunnen ved bevegelser eller rystelser i denne, er at plattformen kan forflytte seg sideveis permanent i forhold til sjøbunnen, noe som kan medføre komplikasjoner i forbindelse med nedføringer fra plattformen i form av rørstrenger o.l. In order to maintain the platform foundation on the seabed, various solutions are known. A commonly known solution is to construct the foundation with downward-directed skirts that grip the seabed. Furthermore, pile anchoring of platform foundations is known, possibly in addition to the use of downward-directed piles. Furthermore, foundation solutions are known with the aim that the foundations can undergo limited lateral movements in relation to the seabed, so that movements in the seabed are only transferred to the platform to a lesser extent. As an illustration of the state of the art, reference can be made to GB 2162569, and Norwegian patent no. 148562, which shows a bottom-resting platform provided with a flat foundation underside. Platform constructions with ballastable cells are also known, so that the platform's weight can be regulated in relation to the seabed's bearing capacity, and thereby to some extent determine the platform's penetration into the seabed, which in turn will affect the platform's lateral stability in relation to the seabed. A disadvantage of platform foundations which are arranged to be able to undergo lateral movements in relation to the seabed in the event of movements or vibrations therein, is that the platform can move sideways permanently in relation to the seabed, which can cause complications in connection with descents from the platform in the form of of pipe strings etc.

For å komme frem til en løsning på ovennevnte problemer er oppfinnelsen basert på den erkjennelse at de sterkeste påkjenninger som en fralandsplattform utsettes for under jordskjelvbevegelser, er de horisontale svingningene i sjøbunnen. En egnet fralandsplattform under slike forhold bør samtidig oppfylle følgende krav: Den bør hvile med minst mulig vekt på sjøbunnen, den bør videre være uten skjørt eller i alle fall ha minimale skjørt, og dessuten bør den ha en sideveis mer eller mindre elastisk fastholding i forhold til den installerte posisjonen. Ved å unnlate å bruke stabiliserende skjørt og samtidig redusere plattformens effektive vekt, vil løsmassene som er i kontakt med plattformens underside ha begrensete muligheter til å overføre de seismiske horisontale svinge-bevegelsene med tilhørende seismisk svingeinduserte krefter fra sjøbunnen til plattformen. In order to arrive at a solution to the above-mentioned problems, the invention is based on the recognition that the strongest stresses to which an offshore platform is exposed during earthquake movements are the horizontal fluctuations in the seabed. A suitable offshore platform under such conditions should also meet the following requirements: It should rest with the least possible weight on the seabed, it should also have no skirt or in any case have minimal skirts, and furthermore it should have a lateral more or less elastic retention in relation to to the installed position. By failing to use stabilizing skirts and at the same time reducing the platform's effective weight, the loose masses in contact with the platform's underside will have limited opportunities to transfer the seismic horizontal swing movements with associated seismic swing-induced forces from the seabed to the platform.

Den bunnforankrete plattformkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen for jordskjelvaktive havområder, særlig områder hvor sjøbunnen har et øvre lag av løsmasser med lav bæreevne og hvor plattformen er forankret slik at den kan undergå sideveis bevegelser i forhold til sjøbunnen pga. ytre krefter, så som jordskjelvbevegelser eller bølgekrefter, karakteriseres ved at plattformens fundamentkåsse innbefatter en eller flere celler som er tilført luft i tilstrekkelig mengde slik at plattformen hviler på havbunnen med meget liten neddykket vekt, og ved at plattformen holdes på plass i horisontalplanet ved hjelp av i horisontalplanet begrenset ettergivende forankringsorganer i form av et antall til fundamentkassen omkretsmessig festede i alt vesentlig vertikalt installerte, elastiske søyler som er drevet ned i fastere lag i havbunnen, hvilke søyler er posisjonert langs eller utenfor den ytre omkretsen av plattformens fundamentkasse, og er forankret enten direkte til plattformen eller ved hjelp av i alt vesentlig horisontale forankringer, og ved at plattformens fundamentkasse har i alt vesentlig tilnærmet plan underside uten eller bare med skjørt med meget liten høyde. The bottom-anchored platform construction according to the invention for earthquake-active sea areas, in particular areas where the seabed has an upper layer of loose masses with low bearing capacity and where the platform is anchored so that it can undergo lateral movements in relation to the seabed due to external forces, such as earthquake movements or wave forces, are characterized by the fact that the platform's foundation casing includes one or more cells that are supplied with air in sufficient quantity so that the platform rests on the seabed with very little submerged weight, and by the fact that the platform is held in place in the horizontal plane by means of in the horizontal plane, limited yielding anchoring means in the form of a number of circumferentially attached to the foundation box, essentially vertically installed, elastic columns that are driven down into firmer layers in the seabed, which columns are positioned along or outside the outer perimeter of the platform's foundation box, and are anchored either directly to the platform or by means of essentially horizontal anchorages, and in that the platform's foundation box has an essentially flat underside without or only with a skirt of very little height.

Ved rystelser eller sideveis bevegelser i sjøbunnen som følge av jordskjelv e.l., vil plattformen i alt vesentlig forbli i ro, samtidig som den vil fastholdes elastisk med økende eller progressiv sideveis motstandskraft ved hjelp av pelene, med den virkning at plattformen, når sjøbunnen har kommet til ro, vil stabilisere seg i utgangsposisjonen. Plattformens nettovekt avpasses ved ballastering i overens-stemmelse med sjøbunnens beskaffenhet, og videre må antall, lengden og stivheten av pelene tilpasses bunnforholdene. In the event of tremors or lateral movements in the seabed as a result of earthquakes etc., the platform will essentially remain at rest, while at the same time it will be held elastically with increasing or progressive lateral resistance by means of the piles, with the effect that the platform, when the seabed has reached ro, will stabilize in the starting position. The platform's net weight is adjusted by ballasting in accordance with the nature of the seabed, and furthermore the number, length and stiffness of the piles must be adapted to the bottom conditions.

Et par utførelsesformer for oppfinnelsen skal beskrives nærmere med henvisning til vedlagte tegninger, hvor A couple of embodiments of the invention shall be described in more detail with reference to the attached drawings, where

fig. 1 viser i vertikalsnitt en fralandsplattform ifølge oppfinnelsen, fig. 1 shows a vertical section of an offshore platform according to the invention,

fig. 2 viser et horisontalsnitt gjennom fundamentkassen for en fralandsplattform ifølge oppfinnelsen, fig. 2 shows a horizontal section through the foundation box for an offshore platform according to the invention,

fig. 3 viser i vertikalsnitt en fralandsplattform med peler ned i havbunnen ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 shows in vertical section an offshore platform with piles down into the seabed according to the invention, and

fig. 4 viser en alternativ forankringsmåte. fig. 4 shows an alternative anchoring method.

Fig. 1 viser en fralandsplattform 1 som er bygget opp av et antall tårn 2 som hviler på en fundamentkasse 3 som består av et antall celler 4. Fralandsplattformen flyter i overfla-ten 5 og er klar til å taues ut til monteringsstedet. Fig. 2 viser et horisontalsnitt av fundamentkassen 3, som er delt opp i celler 4 som kan benyttes til trimming av plattformens effektive vekt, til lagring av hydrokarboner eller til gjennomføring av bore- eller produksjonsutstyr. Det samme Fig. 1 shows an offshore platform 1 which is built up of a number of towers 2 which rest on a foundation box 3 which consists of a number of cells 4. The offshore platform floats in the surface 5 and is ready to be towed out to the assembly site. Fig. 2 shows a horizontal section of the foundation box 3, which is divided into cells 4 which can be used for trimming the platform's effective weight, for storing hydrocarbons or for carrying drilling or production equipment. The same

gjelder tårnene (se fig. 1) eller deler av disse. Langs applies to the towers (see fig. 1) or parts thereof. Along

fundamentkassens yttersider er anbrakt festeanordningner 6 til innfesting av peler som skal drives ned i havbunnen. Fig. 3 viser fralandsplattformen installert på havbunnen 7 med sine tårn 2 som rager med sin øvre del over havflaten 5 og som er beregnet til å bære en arbeidsplattform (ikke vist). Tårnene hviler på en fundamentkasse 3 som er delt opp i celler 4 av varierende høyde bestemt av stabilitetshensyn særlig under produksjon, uttauing og nedsenking. Et antall peler 8 er festet med sin øvre ende til fundamentkassen som hviler på havbunnen 7 og er drevet ned gjennom et bløtt bunnparti 9a til fastere bunn 9b. Selve plattformen er permanent deballastert på en slik måte at den får et meget lavt kontakttrykk mot havbunnen 7. Dette har spesiell betydning der hvor grunnen består av bløte og sammentrykkelige løsmasser. Videre, som en følge av at plattformen har et meget lavt fundamenttrykk mot sjøbunnen og dessuten ikke har, eller i meget beskjeden grad har skjørt presset ned i havbunnen, vil plattformen være beskyttet mot seismiske rystelser og påkjenninger i forbindelse med jordskjelv, idet som kjent de svingeformer i undergrun-nen i forbindelse med jordskjelv som gir de sterkeste påkjenninger for en slik plattform er horisontale svingninger ved havbunnen. Fig. 4 viser en alternativ forankringsmåte for plattformen. Her er den sideveis forankring tatt hånd om av et antall ankere 11 som med kjettinger 10 e.l. er festet til fundamentkassens sider. the outer sides of the foundation box are fitted with fixing devices 6 for attaching piles to be driven into the seabed. Fig. 3 shows the offshore platform installed on the seabed 7 with its towers 2 which protrude with their upper part above the sea surface 5 and which are intended to support a working platform (not shown). The towers rest on a foundation box 3 which is divided into cells 4 of varying height determined for reasons of stability particularly during production, thawing and immersion. A number of piles 8 are attached with their upper end to the foundation box which rests on the seabed 7 and are driven down through a soft bottom part 9a to firmer bottom 9b. The platform itself is permanently deballasted in such a way that it has a very low contact pressure against the seabed 7. This is of particular importance where the ground consists of soft and compressible loose masses. Furthermore, as a result of the platform having a very low foundation pressure against the seabed and furthermore not having, or to a very modest extent having skirts pressed into the seabed, the platform will be protected against seismic tremors and stresses in connection with earthquakes, since as is known the forms of oscillation in the subsoil in connection with earthquakes which cause the strongest stresses for such a platform are horizontal oscillations at the seabed. Fig. 4 shows an alternative anchoring method for the platform. Here the lateral anchoring is taken care of by a number of anchors 11 which with chains 10 etc. is attached to the sides of the foundation box.

Ved helt eller delvis å unnlate å benytte skjørt og ved å redusere plattformens effektive vekt ved deballastering, vil løsmassene som er i kontakt med plattformens fundamentkasses underside ha en svært begrenset kapasitet til å overføre seismiske bevegelser og tilhørende seismisk induserte krefter fra sjøbunnen til plattformen. By completely or partially failing to use skirts and by reducing the platform's effective weight during deballasting, the loose masses in contact with the underside of the platform's foundation box will have a very limited capacity to transfer seismic movements and associated seismically induced forces from the seabed to the platform.

For å holde plattformen i horisontal posisjon når kontakttrykkspenningene mellom sjøbunnen og fundamentet er små og derved ikke i særlig grad kan overføre horisontale krefter, anvendes peler som er festet til plattformens fundamentkasse og installert til nødvendig dybde. Pelene må på den ene side ha tilstrekkelig kapasitet til å overføre horisontale og eventuelle vertikale krefter. På den annen side må pelene være tilstrekkelig fleksible overfor horisontalbevegelser i forbindelse med jordskjelv, slik at hverken pelene eller plattformen blir påført uakseptable krefter. In order to keep the platform in a horizontal position when the contact pressure stresses between the seabed and the foundation are small and thus cannot transmit horizontal forces to a particular extent, piles are used which are attached to the platform's foundation box and installed to the required depth. On the one hand, the piles must have sufficient capacity to transmit horizontal and any vertical forces. On the other hand, the piles must be sufficiently flexible against horizontal movements in connection with earthquakes, so that neither the piles nor the platform are subjected to unacceptable forces.

Plattformen og søylene kan fremstilles i hvilket som helst egnet materiale, fortrinnsvis i armert og forspent betong. The platform and columns can be made of any suitable material, preferably reinforced and prestressed concrete.

Claims

1. Bottom anchored platform installation for earthquake active

areas, especially in sea areas where the seabed has an upper layer (9a) of loose masses with low bearing capacity and where the platform is anchored so that it can undergo lateral movements in relation to the seabed due to external forces, such as wave forces, characterized by the fact that the platform's (1) foundation box (3) includes one or more cells (4,4) which have been supplied with air in sufficient quantity so that the platform rests on the seabed (7) with very little submerged weight, and in that the platform is held in place in the horizontal plane by means of limited yielding anchoring means in the horizontal plane in the form of a number of substantially vertically installed elastic columns (8,8,8) attached to the foundation box circumferentially and which are driven down into firmer layers (9b ) in the seabed, which columns (8) are positioned along or outside the outer circumference of the platform's foundation box (3), and are anchored either directly to the platform or by means of essentially horizontal anchorages (10), and in that the platform's foundation box ( 3) has essentially an almost flat underside without or only with a skirt of very little height.