9-GEOTEKNISKE ASPEKTER

9.1 Utforming av fundamentet

Condeep-plattformene har fundament som vanligvis er bygget opp av 19 eller 24 sirkulære celler. Disse er avsluttet i den nedre enden med kuleskall ved sjøbunnen. Mellomrommet mellom sjøbunnen og kuleskallet er for de fleste plattformene fylt med sementmørtel med lav fasthet. Celleveggene er ført videre som skjørt noen meter ned i sjøbunnen til et nivå som gir akseptabel sikkerhet mot brudd i grunnen når plattformen blir utsatt for dimensjonerende miljøkrefter. Mange av plattformene er også utstyrt med noen få dybler med 2-3 m diameter som stikker noen få meter under skjørtespiss. Ekofisktanken og Troll A har en noe annen utforming av fundamentet. Beskrivelsen gitt nedenfor passer derfor ikke fullt ut for disse plattformene.

 

9.2 Grunnforhold

Grunnforholdene varierer en del fra plattform til plattform. Noen plattformer står på sand eller leire til et nivå under skjørtespiss, men generelt kan man si at grunnen består av lag av fin sand og siltig overkonsolidert leire, ofte dekket av et øvre fast sandlag.

 

9.3 Frigjøring av plattformen

I prinsippet frigjør man plattformen som en reversering av installasjonen. Man reduserer vekten av plattformen ved å pumpe ut ballastvann til den får en positiv oppdrift og flyter opp. Men oppdriften må ikke være så stor at plattformen får ukontrollerte bevegelser og blir overbelastet etter at skjørtene løsner fra bunnen. For å unngå slike bevegelser må man i første omgang ikke deballastere mer enn at man er sikker på fortsatt å ha negativ oppdrift. Deretter pumper man vann inn under skjørtene så man får et hydrostatisk overtrykk som skyver plattformen opp. Men når plattformen får en slik bevegelse, faller trykket under skjørtene og man unngår at plattformen løsner ukontrollert. Man må pumpe inn mer vann for å opprettholde et trykk som presser plattformen videre opp. Summen av neddykket vekt av plattformen pluss kraften som skal til for å trekke skjørtene og dyblene ut av jorda er da lik det hydrauliske trykket under skjørtene. Når det ikke lenger er mulig å skape hydraulisk trykk under skjørtene må endelig frigjøring skje ved deballastering.

Dette ville vært en grei operasjon dersom en hadde kjent neddykket vekt av plattformen, nødvendig motstand mot uttrekking og vanntrykket under skjørtene med stor nøyaktighet. Man må under hele frigjøringsoperasjonen passe på at den positive oppdriften av plattformen ikke blir så stor at den får store og ukontrollerte bevegelser etter at den løsner. Dersom man setter på for stort vanntrykk under skjørtene kan det danne seg kanaler under skjørtene og det blir umulig å opprettholde noe trykk av betydning.

Alle disse størrelsene er svært usikre og frigjøringen av plattformen er derfor en operasjon som medfører stor risiko.

 

9.4 Neddykket vekt

Det er usikkert hvor mye av mørtelen i mellomrommet mellom nedre kuleskall og sjøbunnen som vil henge med når plattformen flyter opp. Avhengig av grunnforholdene kan også en del av jorda under plattformen følge med. Dette blir særlig uheldig dersom mørtelen/ jorda som følger med helt eller delvis faller av etter at plattformen løsner. Det kan da opptre store ukontrollerte bevegelser. Situasjonen kan bli særlig farlig dersom det er gjennomgående lag av jord med høy permeabilitet (sand) ved skjørtespiss og tettere jord (leire) mellom skjørtene. Jorda mellom skjørtene kan da følge med når plattformen løsner og falle av når plattformen er på vei opp. Dette kan gi stor positiv oppdrift og plattformen kan få bevegelser og flyte opp til et nivå som kan gi store skader. Dette faremomentet setter en øvre grense for hvor mye man kan deballastere plattformen. Når man skal bestemme største tillatte deballastering, er det viktig at man tar med usikkerhet i vekten av plattformen, både et øvre og et nedre estimat.

 

9.5 Nødvendig kraft for uttrekking av skjørt og dybler

I utgangspunktet kunne man tenke seg at nødvendig kraft for å trekke ut skjørtene vil være lik nødvendig penetrasjonskraft under installasjon. Men det er en rekke forhold som kompliserer dette bildet:

 

Drenasjeforhold

Under installasjon kan man forutsette at det var nær drenerte forhold. Når man skal fjerne plattformen flere tiår senere er jorda under plattformen konsolidert under et overtrykk som svarer til grunntrykket under plattformen. Dersom man trekker i skjørtene under udrenerte forhold vil mye av strekket bli tatt opp av negative poretrykk. Størrelsen av disse poretrykkene er dårlig definert. For å komme tilbake til drenerte forhold må man deballastere plattformen og la den stå med svært liten neddykket vekt til man oppnår noe nær drenerte forhold. Nødvendig tid er vanskelig å beregne. Avhengig av permeabiliteten av jorda den kan variere fra flere år for leire til få dager for sand. For mange plattformer er det gjort poretrykksmålinger etter installasjon. Disse kan gi en indikasjon på nødvendig dekonsolideringstid. Dekonsolideringen foregår hurtig i begynnelsen og avtar etter hvert, så det kan være akseptabelt med en ufullstendig dekonsolidering.

 

Stabilitet i drenasjefasen

I drenasjefasen har plattformen noe nær null effektiv vekt. En gravitasjonsplattform er avhengig av en minste vertikalkraft for å få nødvendig sikkerhet mot brudd i grunnen. Normalt må man akseptere vesentlig lavere sikkerhet i drenasjefasen og særlig dersom drenasjetida er så lang at plattformen må stå med neglisjerbar vertikalkraft over en vinter.

 

Beregnet uttrekkskraft

Det er gjort forsøk på å regne ut uttrekkskraften på grunnlag av alminnelig aksepterte formler for uttrekking av peler. Slike formler er satt opp med sikte på å gi en kraft til den sikre siden. Men forsøk med opptrekking viser stor spredning, og særlig for peler som går igjennom et sandlag og videre ned i fast leire. Resultatet av slike beregninger må man derfor være forsiktig med.

Man kan også beregne uttrekkskraften med store elementanalyser. Omfanget av beregningene kan virke imponerende, men resultatet blir ikke bedre enn kvaliteten av jordartsparameterne som er forutsatt. Forholdet mellom horisontal og vertikal permeabilitet er en særlig usikker størrelse. Resultatene av slike beregninger har ikke vært brukt direkte i planlegging.

En tredje mulighet er å anslå uttrekkskraften på grunnlag av penetrasjonsmotstanden under installasjon. Men den målte penetrasjonskraften kan ikke brukes direkte. Foruten usikkerhet i drenasjeforhold må man gjøre antakelser om forholdet mellom spissmotstand og sidefriksjon under penetrasjon og om kavitasjon under uttrekking.

Det blir lavere uttrekkskraft dersom man trekker skjørtene langsomt ut. Men da uttrekksoperasjonen må være fullført innenfor et værvindu av størrelsesorden 72 timer er det ikke mulig å dra full nytte av denne effekten. Man må ha et sikkert og godt værvarsel for tidsrommet uttrekksoperasjonen skal gjennomføres, for i større bølger kan det oppstå en ukontrollert frigjøring med store bevegelser og fare for skade på plattformen.

Størrelsen av uttrekkskraften er svært usikker. For en betongplattform på engelsk sektor er det for eksempel antatt å være 10 % sannsynlighet for at uttrekkskraften er 30 % større enn ”best estimate”. For Maureen-plattformen var observert uttrekkskraft omtrent 4 ganger lavere enn beregnet uttrekkskraft.

Man må sette opp operasjonsprosedyrer som tar høyde for både øvre og nedre estimat for uttrekkskraften.

 

9.6 Vanntrykk under skjørtene

 

Hydraulisk splitting og kanaldannelse

Når vanntrykket som blir satt på under skjørtene kommer opp i en viss verdi vil vannet strømme gjennom jorda under skjørtene og ut til vannet utenfor. Får trykket stå på over lang tid kan det oppstå hydraulisk splitting eller kanaldannelse under skjørtene. Vanntrykket kan da ikke bli større enn effektivt overlagringstrykk utenfor plattformen i nivå med skjørtespiss.

Denne maksimalverdien gjelder ikke generelt, men kan avhenge av en rekke forhold. På enkelte plattformer er det montert vertikale dren på innsiden av skjørtene som kan kortslutte strømningsveien mellom et eventuelt sandlag på toppen og ved skjørtespiss. Mulig vanntrykk blir da vesentlig lavere. Et kortvarig vanntrykk satt på i et øvre sandlag under plattformen kan bli større. Mulig vanntrykk kan også variere med lokale forhold, for eksempel mellom vikene mellom to ytterceller eller i områder der utvendige skjørter er omgitt av lommer med mer grovkornete jordarter.

En tilsvarende trykkforskjell som over et ytre skjørt kan man oppnå mellom to innvendige naboskjørt. Man kan derfor oppnå betydelig større vanntrykk i innvendige celler uten kontakt med utvendig sjø.

Mulig vanntrykk under skjørtene er størst før plattformen tar til å røre på seg. Det avtar så etter hvert som plattformen blir presset opp. Når plattformen er presset opp til et visst nivå der bare nedre del av skjørtene står i jorda er mulig overtrykk neglisjerbart. Man må da øke effektiv oppdrift ved deballastering for å frigjøre skjørtene og dyblene.

 

Bruk av tilleggslast

Som nevnt kan vanntrykk som virker over lang tid inne i et skjørt komme opp i en verdi tilsvarende effektivt overlagringstrykk ved skjørtespiss utenfor skjørtet. Derfor vil maksimalt mulig vanntrykk øke med effektivt overlagringstrykk på utsiden. Man kan øke vanntrykket under skjørtene ved å legge på et lag grus på sjøbunnen rundt plattformen. Nytten av slik utvendig tilleggslast er moderat, blant annet fordi en slik grusfylling også vil bidra til å øke uttrekkskraften.

 

Effekt av tap av undertrykk

Dersom man mister vanntrykket under en enkelt yttercelle i en Condeep med 19 uavhengige celler må man øke trykket i nabocellene med ca 20 %. Når man etter installasjonen injiserte mørtel under nedre kuleskall var det normalt å koble tre og tre celler sammen så mørtelen før den herdet kunne flyte fritt mellom cellene. Det er uklart om denne sammenkoblingen flere tiår etter installasjonen vil være tett. I motsatt fall vil tap av trykk i en celle forplante seg til de to tilkoblede cellene. Det vil da bli nødvendig å øke trykket i nabocellene med minst 50 %.

 

9.7 Framgangsmåte for uttrekking av skjørtene

 

Oppnå drenerte forhold

Deballaster plattformen til nøytral oppdrift og hold denne vekten i den perioden som er nødvendig for å oppnå drenerte forhold. En må ikke deballastere mer enn at plattformen står stabilt under en dimensjonerende storm.

 

Løsne skjørtene

Sett på vanntrykk under skjørtene. Dersom maksimalt vanntrykk ikke medfører at plattformen rører seg, deballaster til det oppstår bevegelser. Deballaster ikke så mye at positiv oppdrift av plattformen blir større enn vekten av jorda mellom skjørtene og opptrekksmotstanden på utsiden av utvendige skjørt. Dersom man ikke får bevegelse av plattformen med maksimalt mulig vanntrykk i skjørtene i kombinasjon med størst mulig positiv oppdrift av plattformen bør man gi opp å trekke ut skjørtene og disponere plattformen på annen måte. Ta høyde for usikkerheter når tillatt deballastering bestemmes.

 

Trekk skjørtene ut til kanaldannelse under skjørtene

Trekk skjørtene ut ved å sette på vanntrykk under skjørtene. Juster vanntrykket mens plattformen skyves opp så det holder seg under maksimalverdien for det aktuelle skjørtedypet. Ballaster plattformen så det hele tida blir minst mulig positiv oppdrift. På et tidspunkt vil det oppstå kanaler og det er ikke mulig å presse plattformen videre opp med vanntrykk i skjørtene. Videre uttrekking av skjørtene basert på vanntrykk nedenfra vil da være umulig.

 

Frigjøring av skjørtene

Plattformen henger nå i dyblene og nedre del av skjørtene. Man må frigjøre den ved deballastering. Denne siste operasjonen må man verifisere på forhånd ved å påvise at plattformen ikke får bevegelser eller flyter opp til nivåer som kan medføre skade.


15.02.2011