Oppjekkbar plattform

Den oppjekkbare plattformen Constellation II ved Punta Arenas (Chile)

Foto: Remi Jouan, 2006

En oppjekkbar plattform (engelsk jackup rigs) er en plattform med et skrog og en eller flere legger som kan beveges opp eller ned relativt i forhold til skroget.

De kan være flytende, men er festet til havbunnen når den gjør sin funksjon. De brukes oftest til boring, produksjon eller flotell, men brukes også som servicefartøyer for spesielle operasjoner. I de senere årene har oppjekkbare plattformer til bruk ved vedlikehold av vindmølleparker til sjøs vært et nytt bruksområde. De har som oftest tre legger, men kan også ha flere. Den er best egnet på relativt grunn vann, men de største kan operere vinterstid på opp til 150m vanndyp.

Oppjekkbare plattformer har et markedsmessig fortrinn i forhold til flytende plattformer ved at den om den installeres inntil en fast innretning kan trille (skidde) boreområdet over den faste produksjons- eller boreinnretningen og bore eller gjøre intervensjon i brønner over denne. De faste innretningene trenger da ikke ha eget boreutstyr. På verdensbasis er oppjekkbare plattformer den mest brukte typen av flyttbare innretninger med om lag 500 enheter.

Sammensettingen av oppjekkbare plattformer

En deler gjerne konstruksjonene opp i fundament, legger, jekkesystem, skrog og dekksutrustning.

Fundamentet

Fundamentet er oftest såkalte spudcans, men kan også være pælet eller utstyrt med skjørt. Det er normalt en spudcan for hver legg. Spudcans er store kraftige fundamenter med en diameter på opp til 22m. De ulike rederiene har ofte egne preferanser hvordan de skal utformes. Midt under fundamentet er det normalt en spiss utformet som en pyramide eller kone, som peker nedover. Spissen blir den første kontakten mellom fundamentet og jorda når det blir installert.

Dersom en velger skjørt er det fordi en ikke oppnår god nok geoteknisk stabilitet uten. Det tar lengre tid å installere og fjerne plattformene. Bruk av skjørt gjør at en kan bruke plattformen på dypere vann enn det ellers hadde vært mulig. Skjørtene er stålrør med en stor diameter som festes til spudcans og som suges ned i havbunnen under installeringen med undertrykk.

Pæler er bare aktuelle å bruke dersom en skal bruke plattformen som en produksjonsplattform.

Noen oppjekkbare plattformer har bare ett felles fundament som kobler sammen leggene nederst.

Noen oppjekkbare plattformer for produksjon er plassert på toppen av en lagertank for olje. De er da sveist eller kilt fast til tanken. Dette er gjort blant annet på det danske Sirifeltet, og var planlagt på Ymefeltet i Norge. Det som produseres på den oppjekkbare innretningen pumpes ned i oljetanken. Oljen hentes av tankskip, der oljen overføres gjennom spesialtilpassede lastesystemer – offshore lastesystemer (engelsk offloading systems).

Leggene

Den oppjekkbare plattformen West Epsilon som eies av selskapet Seadrill i Stavanger.

Foto: Lars Christopher Nøttaasen, 2009

Leggene er oftest fagverkskonstruksjoner med vertikale rør, og avstivere (engelsk bracer) mellom de vertikale rørene. Store oppjekkbare innretninger har også ofte stivere mellom avstiverne (engelsk spanbreakers). Spanbreakerne har som funksjon å redusere knekklengden på bracene.

Noen få plattformer har bare de vertikale rørene, som får da store dimensjoner med store rørdiametre og veggtykkelser.

De viktigste lastene på leggene er fra vektene fra skroget og dekket, samt bølger. Laster fra strøm og vind kan være viktige og er i Norge den viktigste bidragsytere. Noen steder i verden må en også gjøre omfattende jordskjelvanalyser, men de betyr relativt lite i Norge. For områder med innsynking som på Ekofisk sjekker en også for at plattformene plutselig kan falle ned på grunn av reservoarinnsynking (engelsk sudden drop).

Over tid vil leggene bli begrodd med ulike marine dyr og planter. De mest vanlige på norsk sokkel er rur og blåskjell. En slik vekst gjør at diameteren på leggene blir større og plattformene pådrar seg større bølgelaster. Tidligere unngikk en begroing ved å smøre leggene med spesielle belegg, men disse er ikke lenger tillatt brukt på grunn av miljøfaren. Før en kan inspisere leggene er det nødvendig å rengjøre dem for groe. Det gjøres oftest med høytrykksspyling.

Oppjekkingen av oppjekkbare plattformer foregår vanligvis med et tannhjulsystem som likner på dette. Antall tenner er normalt mindre enn vist på bildet, og jekkingen foregår mye langsommere. Jekkehastighet er opp mot 0,5 meter per minutt.

Foto: Guam, 2005

Jekkesystemet

Jekkesystemet består oftest av et tannhjul-arrangement. På de vertikale leggene er det "tenner" ("tannstenger" – engelsk rack) fordelt jevnt oppover. Videre er det også tilhørende tannhjul (engelsk pinion) festet i skroget. Over og under tannhjulene er det støtter (engelsk upper guide og lower guide) der mesteparten av lastene overføres mellom leggene og skroget når jekkingen (se nedenfor) er avsluttet. Noen har også egne patenterte festesystemer.

Andre oppjekkbare innretninger har et system med åk og hydrauliske jekker (engelsk pin og yoke). En bruker jekker til å løfte dekket opp, med fester i leggene som fastpunkter. jekkesystemene har også tilsvarende støtter (engelsk upper guide og lower guide), som de som har tannhjularrangement. Når en stopper fester en støttene, og flytter jekkefestene opp før en starter igjen. Det er hull (engelsk jacking holes) i leggene som en kobler skroget til når jekkingen er ferdig. Ingen av plattformene som opererer i Norge har slike systemer.

Skroget

Skroget er delt opp i mange tanker med ulike formål som ballasttanker, dieseltanker og tanker for borevæsker. Oppdelingen er delvis laget for at en skal ha god skadestabilitet. Dersom for eksempel en kollisjon med et skip gir hull i ytterveggene, skal det ikke sette sikkerheten for hele plattformen i fare. Av samme grunn blir gjerne tanker med diesel eller kjemikalier plassert som innvendige tanker, for å unngå lekkasjer til sjø.

Mellom tankene er det rør, som blir brukt til å pumpe væsker som vann, mellom de ulike tankene, og til fylling eller tømming av tankene. Rørene er koblet til pumper (ballastpumper). For å hindre fri strømning av væsker er det ventiler på rørene. Både ventiler og pumper må regelmessig testes.

Deler av skroget blir også gjerne benyttet til å plassere store mengder mekanisk utstyr. Det kan være elektriske rom, generelle lagerrom, ventilasjons- og kommunikasjonsrom. Dette er oftest i de indre delene av skroget. De har ofte stor vekt og en plassering i midten gjør stabilitetsegenskapene bedre for plattformen.

En del av tankene er svært høye og i hele skrogets høyde. Det går oftest bare en enkelt leider ned fra en luke på dekksnivået og til bunnen av tanken. Det er vanskelig å gjøre inspeksjoner av vegger og tak, og en benytter her ofte personell med fjellklatrererfaringer (tilkomstteknikk) til å gjøre slike inspeksjoner.

Dekket

Dekket har boligkvarter, lagerområder, bore- eller produksjonsutstyr. Spesielt for en del boreplattformer er den store boremodulen. Noen har også store konstruksjoner og mekanisk utstyr for å kunne skidde boreområde over en fast produksjonsplattform.

En vil videre ha dekkskraner for å løfte utstyr og forbruksvarer til og fra forsyningsbåter.

På grunn av høyden på skroget er det ofte uhensiktsmessig å ha stuplivbåter som en finner på andre typer plattformer. Men livbåter som kan droppes fra større høyder er under uttesting. Normalt brukes derfor vanlige lårelivbåter.

På dekket vil det være vanntette dører og luker inn til skroget. Dess mer utstyr det er plassert inne i skroget dess mer behov er det for gjennomføring av kanaler og liknende opp til dekksnivå. Disse må sikres slik at en i en ulykkessituasjon ikke får innstrømning av vann inn i skroget.

Faser i bruken av oppjekkbare plattformer

Forflytning

Når plattformene flyter og er under forflytning er leggene jekket så langt som det er praktisk mulig og tillatt. Leggene festes da til skroget ved festesystemet. Når leggene er langt oppe er de svært utsatt for vindlaster, tyngdepunktet kommer langt opp, dekkslaster kan forskyve seg og den er mer ustabil enn nå leggene er langt nede. Ved å ha leggene langt oppe unngår en grunnstøting og forflytningen kan foregå raskere ved at det blir mindre motstand i sjøen. Under forflytning prøver en å begrense antall personer om bord til det som er strengt nødvendig.

Forflytning skjer ved bruk av taubåter, der de er koblet sammen med kjetting eller i noen tilfeller trosser. Oftest er det fire taubåter i et symmetrisk mønster rundt plattformen. Når en skal plassere plattformen inntil en annen plattform eller nær en plattform som er broforbundet med andre plattformer, er den siste delen av tauingen og installeringen en komplisert operasjon, der feil kan få alvorlige konsekvenser.

Ved forflytning over store avstander, som fra byggeverksteder i Korea eller Singapore til Norge, blir plattformene fraktet på dekket av tunglastefartøyer.

Oppjekking

Den oppjekkbare plattformen GSF Constellation II.

Foto: Remi Jouan i 2006

Før en plattform kommer til en posisjon må havbunnen undersøkes. Det har hendt flere ganger at undersøkelsene har vært mangelfulle, og plattformer har vært satt over rørledninger, der utslipp av gass har forårsaket ulykker. I tillegg må en undersøke at det ikke er kulturminner, miner eller andre rester fra krigsaktivitet, vernet fauna eller spesielle biologiske forhold, som korallrev.

En gjenganger i drøftinger før en plattform installeres på et sted er behovet for geotekniske undersøkelser, samt hvor mange borehull som er nødvendig og om det er tilstrekkelig med en tidligere undersøkelse et stykke unna. Videre gjøres det normalt forenklede risikoanalyser som et gruppearbeid med ulike personer til stede. Det er risikoidentifisering (HAZID), en gjennomgang av operasjonelle forhold (HAZOP) og der en også blir enige risikoreduserende tiltak.

Det vil normalt være begrensninger i værforholdene når installeringen kan foretas. Dersom det er for mye dønninger vil leggene kunne slå mot havbunnen under installeringen og bli skadet. Ofte er det en god del venting til en får det rette "værvinduet", og installeringen kan foretas.

Når plattformen er kommet til den ønskede posisjonen blir leggene senket ned til fundamentet kommer i kontakt med havbunnen. En presser fundamentet så langt ned i havbunnen en kan med de vektene en har. Dersom en har skjørt vil en suge fundamentet ned i havbunnen med undertrykk. Når fundamentene er på plass vil en sakte jekke opp dekket slik at det kommer over havflaten (typisk en meter). Jekkesystemet låses. En vil så pumpe opp sjøvann, og inn i tankene i skroget. Det øker vekten på plattformen og fundamentet vil sette seg bedre. En vil øke vekten slik at en vil oppnå minst det trykket på fundamentet som en vil ha under hundreårsbølger (engelsk pre-loading). En får da en bekreftelse på at plattformen vil være stabil i dårlig vær. Dersom plattformen har fire legger vil en oppnå det samme ved å belaste to diagonale legger med hele vekten av plattformen, og så ta de to andre etterpå. Med fire legger er det ikke så lett å fordele lastene rett som ved tre legger, spesielt dersom tyngdepunktet av dekket ikke er midt på. Denne vekten blir holdt en stund, gjerne tre timer før en er ferdig. I noen tilfeller svikter grunnen og plattformen synker ned ukontrollert (engelsk punch through). Punch through vil normalt bare skje dersom en har en lagdelt jord med en fast jord over et vesentlig bløtere lag – ofte sand over en leire. Enkelte steder i verden er det såkalt karbonatisert jord (som med stort innslag av kiselalger) som har stor statisk styrke, men om en begynner å rikke på den for eksempel ved bølgelaster, mister den styrken. Dersom bruddet bare skjer i ett hjørne vil plattformen velte eller det oppstår betydelig skader på leggene. For å forhindre slike hendelser gjøres det i Norge alltid grunnundersøkelser i forkant, slik at en om nødvendig kan gjøre tiltak. Det kan være å velge en annen posisjon, sette på skjørt, bygge grusfyllinger som leggene kan stå på, grave vekk de øverste jordlagene, perforere havbunnen for minke poretrykket eller optimalisere selve installeringsprosedyren.

Når testen er utført tømmer en sjøvannet ut, og dekkshøyden justeres til ønsket høyde. Jekkene låses. Bølger i dekk kan bety en katastrofe for oppjekkbare plattformer når de er jekket opp. De jekkes derfor i Norge opp til en høyde som tilsvarer 10.000 års vær for den aktuelle posisjonen. Andre steder i verden har det vært vanlig med 1,5m over hundreårsnivået, men det har ført til flere ulykker. En del av leggene må være igjen over jekkene, som en sikkerhetsmargin i tilfelle fundamentet skulle sette seg mer enn forutsatt, og det blir nødvendig å jekke dekket høyere opp.

En bruker i homogen jord de klassiske formlene som er beskrevet i artikkelen geoteknisk bæreevne. En øvre og en nedre grense for jordstyrken må etableres. Formlene tar ikke hensyn til at jorda kan bli omrørt under penetreringen, slik at styrken kan bli overvurdert.

For lagdelt jord der det er mulig å få punch through, kan en bruke tidssimuleringer med ikke-lineære elementanalyser. En trenger blant annet:

• Kunnskaper om jordas stivhet både for pålasting og avlasting - som elastisitetsmodul og tverrkontraksjonstall.
• Den relative tettheten på sanden påvirker bruddformen og penetrasjonsmotstanden, og må beskrives mest mulig rett.
• En egnet modell av jordstyrken - der Mohr-Coulomb-formuleringen, hypoplastiske modeller for sand og viskøs-hypoplastisk model for leire er blant mulighetene. Parametrene tas fra laboratorieundersøkelsene, fra forsøk med tilsvarende jordegenskaper eller sentrifugetesting.
• Grensene for modellen må settes så langt unna fundamentet, at det ikke påvirker resultatet.
• Stålkonstruksjonen i fundamentet kan også modelleres med faktiske egenskaper og geometri, eller en kan anta at det er uendelig stivt. Jordmodellen kan om fundamentet er helt stivt, gi urealistiske lokale trykk.
• Poretrykket ved starten av simuleringen må legges inn. I sand er trykket ofte hydrostatisk.
• Friksjonen mellom fundamentet og jorda må bestemmes.

Analysene gjøres stegvis gjennom lagene. Der en ved passering av ett lag kan skifte ut laget med en jevnt fordelt last. Modellen må ta hensyn til at elementnettet endrer seg etter hvert som penetrasjonen foregår (såkalt Lagrangisk perspektiv) eller at materialet strømmer gjennom nettet (såkalt Eulersk perspektiv). En ønsker å ha et lite antall steg (penetrasjonshastighet) i analysene for å spare regnetid, men det påvirker resultatene.

Ved sterkt overkonsolidert jord vil forbelastningen ikke alltid gi et stivere fundament.

På posisjon

Rowan Gorilla VII i dokk i havnen i Rotterdam (Nederland)

Foto: Noorse, 2009

Under bruk står plattformen i utgangspunktet i ro. Dersom den står på havbunn med finsand kan erosjon rundt leggene være et alvorlig problem. I de tilfeller må det legges ut sandsekker, grov sand, matter eller andre spesielle beskyttelsesordninger rundt fundamentene.

Flere plattformer har vært instrumentert for å måle oppførselen, og det viser seg at en i dårlig vær får rimelig samsvar mellom beregnete og målte akselerasjoner i dekket på plattformene.

Den aller første oljeproduksjon i norsk del av Nordsjøen foregikk på den oppjekkbare plattformen «Gulftide» fra og med den 6. juni 1971. Et enkelt, provisorisk produksjonsanlegg ble satt ombord på «Gulftide». Anlegget klarte da å produsere ca. 40 000 fat råolje daglig når været tillot lasting direkte til et tankskip. Siden har det også vært produksjon fra oppjekkbare plattformer på Ymefeltet og Volvefeltet.

Operasjon

Plattformen kan brukes til flere forskjellige operasjoner; boring, hotell og produksjon er de mest vanlige.

Før boring skyves en frittbærende utligger (eng. cantilever) med ett boretårn over siden akterut, på denne måten kan vi stå inntil brønnhodeplattformer og bore nye brønner eller gjøre overhaling av eksisterende brønner.

Plattformene kan også brukes til flotell, da kan de ligge inntil plattformer og fungere som ekstra boligkvarter under vedlikehold av produksjonsplattformen. (eks. Haven Arkivert 19. oktober 2018 hos Wayback Machine.)

Enkelte rigger er det også installert produksjonsmodul på for å gjøre det rimeligere å utvinne små oljefelt. Med en flyttbar produksjonsplattform kan du spare mye penger ved å slippe å bygge ny plattform og dekommisjonere etter oljefeltet er tomt. Dette ble brukt på Volvefeltet ved bruk av den oppjekkbare riggen Maersk Inspirer.

Nedjekking

Før nedjekkingen starter gjøres det normalt forenklede risikoanalyser som et gruppe med ulike personer til stede med risikoidentifisering (HAZID), en gjennomgang av operasjonelle forhold (HAZOP) og der en også blir enige risikoreduserende tiltak.

Når plattformen skal flytte jekkes dekket ned til sjøen. For å få opp leggene fra grunnen senker en skroget så langt ned at en oppnår en oppdrift som er tilstrekkelig til å få fundamentet til å løsne. Dersom leggene har sunket langt ned i bløt leire (normalkonsolidert leire), er det ofte nødvendig å foreta gjentatte operasjoner med endring av dypgang, for å lirke opp fundamentet. Dekket kan da bli senket så langt ned at de laveste dekkene står under vann for å få maksimal oppdrift. I Mexicogulfen er det rapporter at en har brukt flere måneder for å få løs fundamentet. Noen har også installert spesielle spylesystemer som brukes for å komme løs. På de aktuelle havdypene i Norge har isen under siste istid presset sammen de øverste lagene (overkonsolidert), slik at de øverste bløte lagene som regel er grunne.

Kontrollordninger

Plattformene dimensjoneres som oftest etter regelverkene til et klasseselskap. I Norge vil det oftest være Det Norske Veritas, men det brukes også plattformer som er laget etter regelverkene til American Bureau of shipping og Lloyd's Register. Dimensjoneringen vil på nyere plattformer være kontrollert i de ulike grensetilstandene. Flaggstaten og klasseselskapet gir sertifikater til reder. Disse har begrensninger for hvor plattformen kan brukes for eksempel til geografisk område den kan brukes, hvor store vanndyp den kan operere i og hvor store dekksvekter en får lov til å ta med. For norsk sokkel utsteder Petroleumstilsynet en samsvarsuttalelse før en plattform kan brukes på norsk sokkel. Denne uttalelsen gis til reder. Ved søknaden måles plattformen opp mot det nyeste regelverket til Sjøfartsdirektoratet og Det Norske Veritas uavhengig av hva som er byggeregelverket. Petroleumstilsynet tar også stilling til om de avvikene som er fra regelverkene er akseptable.

For hver lokasjon gjøres det en analyse av leggene og fundamentet for å sjekke at de ikke blir overbelastet ut fra det aktuelle vanndypet, stedsspesifikke geotekniske data og bølgeforholdene på stedet. Ved den stedsspesifikke vurderingen analyserer en også skipstrafikken i området og om kollisjonslastene kan overstige det plattformen er dimensjonert for. For en boreinnretning gjør en også vurderinger av hver enkelt brønn og en dimensjonerer brønnene. Før den kan brukes på en spesifikk lokasjon, må operatøren på norsk sokkel innhente samtykke fra Petroleumstilsynet.

Ulykker

Den oppjekkbare plattformen Usumacinta.

Foto: Anubis-mx i 2007

Oppjekkbare innretninger er på verdensbasis den mest ulykkesutsatte typen plattformer. Fra 1990 til 2005 har det skjedd en alvorlig ulykke om lag hvert 200 driftsår. Med 500 plattformer i bruk skjer det derfor normalt flere slike ulykker i året. De største ulykkene med tap av fem eller flere menneskeliv er listet i tabellen under. Mange steder i verden praktiseres det at plattformene evakueres før stormer og orkaner, slik at om plattformene havarerer blir det bare materielle skader.

Den alvorligste ulykken i Norge var med West Gamma som sank under forflytning fra Ekofisk. Hele mannskapet ble reddet. Ellers er det kjent to tilfeller der plattformbein har sunket kraftig. Den ene på grunn av svikt i geoteknisk bæreevne og den andre på grunn av erosjon rundt fundamentet. Ellers har to plattformer hatt betydelig oppsprekking av spanbreakere og i stag, forårsaket av virvelinduserte tverrsvingninger. Videre har en hatt svikt i jekkesystemet som ødela tennene på leggene på en plattform.

År	Plattformnavn og beskrivelse av hendelsen	Type plattform	Hvor hendelsen skjedde	Antall omkomne
1979	Bohai 2 understellet sviktet	Oppjekkbar plattform	Kina	72
2011	Kolskaya sank under tauing.	Oppjekkbar plattform	Russland	53
2007	Usumacinta fundamentsvikt.	Oppjekkbar plattform	Mexico	22
1980	Ron Tappmeyer utblåsning	Oppjekkbar plattform	Mexicogulfen	19
1974	Gemini konstruksjonssvikt	Oppjekkbar plattform	Mexicogulfen	18
1983	Sea Gem konstruksjonssvikt	Oppjekkbar lekter	Storbritannia	13
1976	Ocean Express under tauing	Oppjekkbar plattform	Mexicogulfen	13
1979	Ranger 1 Konstruksjonssvikt og veltet	Oppjekkbar plattform	Mexicogulfen	8
1980	Ocean King Utblåsning, eksplosjon og brann	Oppjekkbar plattform	Mexicogulfen	5
1989	Al Baz Utblåsning, eksplosjon og brann	Oppjekkbar plattform	Nigeria	5
2000	Al Mariyah Skroget falt ned 20m – feil med jekkesystemet	Oppjekkbar plattform	Persiabukta	5
1983	Oppjekkbar plattform med ikke offentliggjort navn. Utblåsning og veltet.	Oppjekkbar plattform	Det kaspiske hav	5

Litteratur

• Bertrand A og L Escoffier: Accident database enhances risk drilling, production assessment, evaluation of 850 accidents provides analysis of causes and trends, Offshore, September, 1989.
• Det Norsk Veritas: Structural Design of selv-elevating units (LRFD-method), DNV-OS-C104, Høvik, 2004.
• Fotland Kjell, Espen Funnemark og Stine Utgaard Musæus: WOAD statistical report 1998, statistics on accidents to offshore units engaged in oil and gas activities worldwide in the period 1970-97, DNV, Høvik, 1998.
• Funnemark Espen: Jackup punch-throughs, worldwide, 1980-96 WOAD technical report no 1, DNV, 1997.
• International organisation for standardisation: Petroleum and offshore gas industries – site specific asessment of mobil offshore units – part 1: Jack-ups, ISO/DIS 19905-1, Genève, 2009.
• Jack R L, M J R Hoyle og N P Smith: The facts behind jack-up accident statistics, The eigth international conference – The jack-up platform, design, construction & operation, London, 2001.
• Kvitrud Arne: Requirements to and in service experiences of jack-ups in Norway, The Thirteenth International Conference, The Jack-Up Platform, Design, Construction & Operation, London, September 13th – 14th 2011.
• Sharples B P M, W T Bennett Jr and J C Trickey: Risk analyses of jackup rigs, International conference on the jack-up drilling platform, Singapore, 1989.
• Society of Naval Architects and Marine Engineer: “Guideline for Site Specific Assessment of Mobile Jack-up Units”, SNAME 5-5A, Jersey City, New Jersey, USA, tredje utgave 2008.

Eksterne lenker

• Jekketest av Norsk Jack-up
• Maersk Drilling Jack Ups Arkivert 18. oktober 2018 hos Wayback Machine.