Halvt nedsenkbar plattform

Halvt nedsenkbar plattform eller semi (fra engelsk semi submersible rig) er en flytende plattform med et skrog som holdes oppe over havet med søyler med stor avstand mellom og med store tverrsnitt, og som er knyttet sammen av neddykkede pongtonger. Søylene er da forbundet sammen i dekket og i bunnen av søylene.

Hovedårsaken til at de bygges slik er å redusere hivbevegelsene (vertikalbevegelsene) av plattformen. Hivet er avhengig av arealet av søylene ved vannlinjen. Ved å gjøre arealet så lite som mulig blir også hivet mindre. Ved små hivbevegelser er det enklere å gjøre en rekke operasjoner som boring og løfteoperasjoner.


Volumet på søylene og pongtongene bestemmes ut fra behovet for oppdrift. Fordelingen av volumet mellom søyler og pongtonger bestemmes ut fra behovet for plass til utstyr, lager og gangveier i søylene.

Halvt nedsenkbare plattformer brukes oftest til boring, produksjon eller som flotell, men brukes også for eksempel som løftefartøyer, dykkefartøyer og rørleggingsfartøyer. Disse plattformene kan bygges både i stål eller betong, men stål er i praksis helt dominerende.

På verdensbasis er det om lag 150 halvt nedsenkbare plattformer.

I Norge er en lang rekke flyttbare halvt nedsenkbare plattformer i bruk. Videre brukes på norsk sokkel halvt nedsenkbare plattformer til produksjon på: Veslefrikk B, Åsgard B, Visund, Troll C, Njord A, Kristin, Gjøa og Snorre B. Bortsett fra Gjøa, opereres disse av Statoil.

Sammensettingen  

En deler gjerne konstruksjonene opp i søyler, pongtonger, dekk med utstyr, forankringssystem eller posisjoneringssystem.

Søylene 
Søylene er vertikale skallkonstruksjoner. Ytterhuden av stålplater er avstivet på innsiden. Søylene er videre delt opp i skott eller tanker. Formålet er å redusere skadevirkningene dersom det skulle gå hull og vann strømme inn, for eksempel etter en kollisjon. De bærende konstruksjonene dimensjoneres ut fra kontroller i grensetilstander. De sveises sammen og testes med ikke destruktiv metoder (MPI, ultralyd eller røntgen). Når tankene er ferdige, blir alle tanker testet med å sette på trykkluft (0,2 bar overtrykk) som holdes en time. Dersom trykket ikke faller er det tegn på at tankene er tette. Noen tanker blir også trykktestet med vann.

Inne i søylene er det ballasttanker, ballastpumper, store mengder mekanisk utstyr og mange rør til ulike formål. 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 ballastpumper. For å hindre fri strømning av væsker er det ventiler på rørene. Både ventiler og pumper testes regelmessig.

De viktigste lastene på søylene er fra vektene fra skroget og dekket, samt hydrostatisk vanntrykk og laster fra bølger. Laster fra havstrøm og vind bidrar også en god del, men bidrar mest på forankringssystemet og for dimensjoneringen av dekkskonstruksjoner og -utstyr.

For å få ekstra oppdrift, sveises det ofte på ekstra tanker på utsiden av søylene. De kalles blistere.

Pongtonger
Pongtonger er hule skallkonstruksjoner som forbinder søylene under havflaten. De er avstivet på innsiden, og er som søylene delt opp i skott for å redusere skadevirkningene ved vannlekkasjer. Mellom skottene er det vanntett luker (mannhull), som normalt holdes avstengt.

Eldre plattformer har ofte i tillegg slankere tverrstag som stiver av søylene, som et fagverk. På nyere plattformer er pongtongene bygget så solide at disse tverrstagene er unødvendige.

For å få ekstra oppdrift, sveises det ofte på ekstra tanker på utsidene av pongtongene. De kalles sponsoner.

Dekket
Skroget er delt opp i lukkede områder med ulike formål. Oppdelingen er delvis laget for at en skal ha god skadestabilitet. Dersom plattformen får slagside, skal det ikke sette sikkerheten for hele plattformen i fare dersom krengningen er mindre enn 17 grader. På dekket vil det være vanntette dører og luker inn til skroget. Dess mer utstyr det er plassert inne i skroget og søylene 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. Dekket skal også ha en egen oppdrift i tilfelle slagside.

For å unngå ulykker er det god vektoppfølging, både på hvor store vektene, plasseringen på inretningen er og at dekkslaster er skikkelig festet. Videre gjøres det jevnlig krengetester for å sjekke at tyngdepunktet er der det skal være.

En har normalt dekk i flere høyder. Dekket har boligkvarter, lagerområder, bore- eller produksjonsutstyr. De blir benyttet til å plassere store mengder mekanisk utstyr eller prosessutstyr. Det kan være elektriske rom, lagerrom, ventilasjons- og kommunikasjonsrom. De har ofte stor vekt og en plassering i midten av plattformen gjør stabilitetsegenskapene bedre for plattformen.

Spesielt for boreplattformer er den store boremodulen. Boretårnet er ofte den høyeste delen av plattformen. For å kunne gjennomføre boring er det i norske farvann nødvendig å ha hivkompensator, for at ikke bevegelsene skal ødelegge boreutstyret.

En vil videre ha dekkskraner for å løfte utstyr og forbruksvarer til og fra forsyningsbåter. Egne dekksområder er satt av for å ta i mot varer.

Dekket blir delt opp i områder som skilles med brann- og eksplosjonsskiller. Kravene til disse framgår av forskrifter og standarder. Utformingene er knyttet til risikoen for brann og eksplosjoner, og bestemmes i hovedsak ut fra risikoanalyser.

Dekket forsøkes normalt plassert så høyt opp at hundreårsbølger ikke slår opp i dekket. Når det ikke er mulig må det lages lokale forsterkninger av dekket rundt søylene.

Forankring
De fleste halvt nedsenkbare plattformene har et forankringssystem.

Det består av et anker som festes til havbunnen. Som anker brukes flukeanker, plateanker, sugeanker og pæleanker. Flukeanker er mest vanlig på flyttbare plattformer fordi det er hurtig gjort å installere og fjerne dem. For produksjonsplattformer er sugeanker det mest brukte, da produksjonsplattformene normalt er større enn de flyttbare platformene og derfor får større belastninger på ankerlinene, samt at dregging av anker kan få større konsekvenser på en produksjonsplattform.

Dersom det brukes flukeanker skal de etter Sjøfartsdirektoratets forskrifter fra 1987 krevde at ankerne skulle prøvebelastes til den lasten en vil få med hundreårsbølger for å sikre at ankeret er skikkelig festet til havbunnen og ikke senere vil dregge. I den nye ankringsforskriften fra 2008 er kravet modifisert til at en om en ikke trenger å trekke opp til hundreårslast, om en kan vise at dregging ikke vil overbeslaste andre liner, føre til skade på infrastruktur eller korallrev. Det forutsettes videre at det gjøre ROV-undersøkelser for å sjekke at ankeret er satt riktig på havbunnen.

De mest brukte ankerne kommer fra selskapene Bruce og Stevprice. De vil typisk veie 12 til 15 tonn.

Videre en ankerline som kan bestå av kjetting, wire eller fibertau. I noen tilfeller plasseres det også synker eller flytebøyer på linene. Bøyer settes på dersom en vil forsikre seg om at forankringen ikke skal skade kryssende rørledninger, korallrev eller andre forhold på havbunnen. Synker brukes dersom en vil få ankerlinene i riktig avstand fra fleksible stigerør.

På plattformen kommer ankerlinen først inn i et ledehjul (engelsk fairlead), som styrer retningen på linen opp mot dekket. På dekket er det ankervinsjer, som regel en vinsj for hver line. Vinsjen har som oppgave å trekke opp linene, løse dem ut og stramme eller slakke. Vinsjen har også to uavhengige bremser som skal hindre ukontrollert utslipp av linene. I tilfelle av ulykkessituasjoner skal ankerlinene kunne løses ut, slik at de rauser ut i havet. Det er mange hendelser der ankerliner har raust ut ukontrollert. For norsk sokkel er Rolls-Royce og Aker Pusnes de største leverandørene av vinsjer.

De fleste flyttbare halvt nedsenkbare plattformene har kjettinger som oppbevares i kjettingkasser. Produksjonsplattformene kobler seg til ankerliner som allerede er lagt ut når en kommer til stedet. For å spare tid har forhåndslagte ankerliner også blitt mer vanlig på flyttbare plattformer, som da må ha tilgang på flere sett ankerliner. Noen har wire som er lagt inn på en spole på dekket.

Anker som ikke brukes henges opp i et bolster. Det er en stålkonstruksjon satt sammen av rør, som er sveist fast på skroget nær vannlinjen. Ankerne dras inn til bolsteret og festes med at en drar i ankervinjen til de sitter fast. En vil normalt bruke om lag 50 tonn strekk. Til ankerne er det festet en line (engelsk pennant wire) som brukes til å trekke ankeret til og fra ankerhåndteringsfartøyene. Disse linene er festet på plattformen, og løftes ut til ankerhåndteringsfartøyene ved hjelp av en kran. Ankerne i bolsterne blir utsatt for betydelige bølgelaster, og det er tilfeller der ankerlinen har røket mens ankeret var i bolsteret, og at bolsteret er blitt ødelagt av ankeret.

Regelverket fra DNV krever at en skal dimensjonere skroget slik at anker som kommer løs fra bolsteret ikke skal gjøre betydelig skade på skroget.

Dynamisk posisjonering
Nyere plattformer har ofte et såkalt dynamisk posisjoneringssystem (DP).

Systemet består av et maskineri med flere propeller plassert rundt skroget. Maskineriet styres av en datamaskin.

En oppgir til systemet hvilken posisjon en skal holde og hvor store avvik fra posisjonen som tolereres. Dersom posisjonen avviker fra den ønskede posisjonen vil datamaskinen gi instrukser til maskineriet om å endre posisjon til det ønskelige. Bølger, havstrøm og vind vil bidra til at plattformen vil drive av dersom det ikke kompenseres for det. Dersom avviket blir for stort eller referansesystemene faller bort, vil en nødfrakoble operasjonen.

For å vite at en er på rett sted brukes minst tre uavhengige referansesystemer, som også må være av to ulike prinsipper. Av de mest brukte referansesystemene er:
 det amerikanske GPS og DGPS er de mest brukte. Det er også et tilsvarende russisk system (GLONASS) som gradvis blir tatt i bruk, men antall satellitter er lavt. Her måles avstanden til minst fire satellitter, og en kan bestemme posisjonen. GPS er i utgangspunktet et militært system, og i spesielle situasjoner legger amerikanerne mye støy på signalene som gjør at nøyaktigheten blir dårlig.
 hydroakustikk med sendere på havbunnen og mottaker under skroget. Her kan en på relativt grunt vann ha en måler på havbunnen, for dypere vann bør en ha fire sendere på havbunnen som en kan måle avstanden til. En sender et signal fra plattformen (hydrofon) til senderne på havbunnen med en frekvens. De svarer med signaler med hver sin frekvens, og en kan måle avstanden ved å beregne hvor lang tid signalet tar. Det er en del usikkerhet på grunn av at lydhastigheten i havet varierer med saltholdigheten og temperaturen, og plattformen lager selv også en god del støy. Den er plassert så dypt for å redusere støyen fra propellene. 
 Avstands- og vinkelmålinger til havbunnen med en stålwire (engelsk taut wire), brukes også.

Kongsberg Maritime har en svært stor del av verdensmarkedet for slike systemer, og er i praksis i en monopolstilling i Norge.

Faser i bruken av halvt nedsenkbar plattform

Forflytning
Forflytning skjer ved bruk av taubåter, der de er koblet sammen med kjetting eller i noen tilfeller trosser. Ofte 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. Dette gjøres normalt bare for floteller og for kranfartøyer. Flere av de flyttbare plattformene har egne propeller som de kan brukes til forflytninger.

Under forflytning blir plattformene hevet opp, til det som kalles transittdypgang. En får da mindre motstand fra sjøen og bølgene, og forflytningen kan foregå hurtigere. Dersom bølgene blir større enn en spesisfisert grense (ofte tre meter), må en senke plattformen til overlevelsesdypgangen (engelsk survival draft), og legge seg i ro.

Ved forflytning over store avstander, som fra byggeverksteder i Korea eller Singapore til Norge, blir noen plattformer fraktet på dekket av tunglastefartøyer. Andre går for egen maskin eller blir tauet. En forflytning for egen maskin fra Singapore til Norge tar om lag tre måneder. Lastene på skroget kan bli store, og kan blant annet medføre at ankerfestene (bolsterne) på utsiden av skroget blir skadet.

Oppkobling 

Før en plattform kommer til en posisjon må havbunnen undersøkes. En må undersøke at det ikke er kulturminner, miner eller andre rester fra krigsaktivitet, vernet fauna eller spesielle biologiske forhold, som korallrev.

Det gjøres normalt forenklede risikoanalyser før installasjonen som et gruppearbeid med ulike personer med ulik bakgrunn til stede. De gjør en risikoidentifisering (HAZID), en gjennomgang av operasjonelle forhold (HAZOP) og blir enige risikoreduserende tiltak.

Det vil normalt være begrensninger i værforholdene når installeringen kan foretas. Ofte er det om vinteren en del venting til en får det rette «værvinduet», og installeringen kan foretas.

En gjenganger i drøftinger før en forankringen installeres er behovet for geotekniske undersøkelser, samt hvor mange borehull som er nødvendig og om det er tilstrekkelig med en tidligere undersøkelse et stykke unna eller seismikk.

Forankringssystemet settes så på plass. Første drar vinsjene og ankerhåndteringsfartøyet linen ut fra kjettingkassen på plattformen. I noen tilfeller brukes wire eller trosser i tillegg til kettingen, men da blir selve installeringsprosessen mer komplisert og tar mye lengre tid. Ankeret settes på enden av linen, og ankeret slippes ned på havbunnen fra ankerhåndteringsfartøyet. Linen strammes fra vinsjene på plattformen, og en trekker opp ankerlinene for å sjekke at ankeret ikke glipper ved en last som tilsvarer hundreårsbølger. Denne laster holder en i 15 minutter, og slakker så til det strekket en skal ha under operasjon. Dersom ankeret glipper må det tas opp igjen og en prøver igjen. Samme prosedyre gjentas for alle ankerlinene.

Under bruk 
Under bruk skal plattformen stå mest mulig i ro. I dårlig vær vil plattformene bevege seg en del horisontalt (jaging). Ved stormvarsel vil en normalt heve dekket noe fra operasjonshøyde (engelsk operational draft) ved ballastering (engelsk storm draft). Videre vil en ta opp broene dersom en er broforbundet med en annen plattform. Det er fordi horisontalbevegelsene da vil øke. Videre vil noen boreplattformer avslutte boringen og koble fra brønnen. Når en kobler fra, varierer mye fra plattform til plattform og er avhengig av dens tekniske utrustning.

For kranfartøyer må en når en skal gjøre tunge løft, kompensere for å unngå slagside på grunn av den økte vekten. Det gjøres ved å ballastere fartøyet slik at vektene hele tiden er best mulig fordelt. Vann blir da flyttet vekk fra tanker nær kranene og til andre deler av plattformen eller ut i sjøen. Tilsvarende gjøres i motsatt rekkefølge når en skal sette lasten fra seg. Slike løft gjøres derfor alltid svært langsom for å få tid til å gjøre ballasteringen samtidig.

Flere halvt nedsenkbare 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 på plattformene. For å få en god detlajert forståelse av oppførselen er det likevel ofte nødvendig å gjøre modellforsøk.

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

Ved fjerningen kobler en seg fra brønnen, fjerner eventuell broer til andre plattformer og avsluttet eventuelle andre operasjoner. Slepebåtene kobler seg til. Ankrene tas opp av ankerhåndteringsfartøyer og plasseres på båten. Ankerlinene dras inn igjen i kjettingkassen på plattformen, eller demonteres og legges på dekket på ankerhåndteringsfartøyet.

Dimensjonering

Generelt
Dimensjoneringen vil være basert på kontroller i fire grensetilstander. Det er analyser av skroget, flytestabilitet og forankringen 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.

De viktigste lastene på leggene er fra vektene fra dekket, bølger, strøm og vind.

De viktigste sviktformene er ved utmatting og knekking.

Bølgelaster 
Den første bølgelasten som en kunne fastsette analytisk var for en stor vertikal sylinder som gikk fra bunnen og stakk opp over havflaten. Bølgene vil her strømme rundt sylinderen uten at det dannes virvler - separasjon. Metoden kalles McCamy-Fuchs metode. Den regnes som gyldig dersom bølgelengden er større enn om lag fem ganger diameteren på søylen. Bølgelastene er størst når bølgen treffer konstruksjonen midt mellom bølgetoppen og bølgedalen. Akselerasjonen har da sin største verdi, og en sier at lasten er akselerasjonsstyrt. Bølgelasten er proporsjonal med diameteren på sylinderen, vanndypet, egenvekten på vannet og bølgehøyden, og omvendt proporsjonal med kvadratet av bølgeperioden. I tillegg vil sylinderen påvirke væsken, som gir et samvirke som kalles virtuell masse eller tilleggsmasse.

Begroing (som rur, blåskjell og tare) på sylinderen reduserer masselasten og øker draglasten.

Dersom bølgeperioden samsvar med konstruksjonens egenperiode kan en få resonans, med kraftige forsterkninger.

Bølgeslag 
Bølgeslag fra en bølgetopp kan gi svært høye lokale laster.

Bølger som treffer dekket på en plattform kalles gjerne "grønn sjø. Grønn sjø på dekk beregnes ofte etter dambrudds-teorier. En antar da at en dam brister, og vannet renner inn over dekket på skipet eller plattformen og treffer utstyr.

«Hvit sjø» er bølgeskummet på toppen av bølgene. De har normalt en vesentlig lavere egenvekt enn grønn sjø, og kan ikke gjøre så mye skade. Hvit sjø er derimot viktig i vurderingen av isingsfare, og kan treffe høyere oppe enn grønn sjø.

Kontrollordninger 
Halvt nedsenkbare plattformer dimensjoneres i Norge som oftest etter NORSOK-standardene for produksjonsinnretninger. Flyttbare plattformer dimensjoneres som oftest etter regelverkene til et klasseselskap.

Norge 
I Norge vil det oftest være Det Norske Veritas, men det brukes også plattformer som er laget etter regelverkene til American Bureau of shipping (ABS) og Lloyd's Register. Dimensjoneringen vil på nyere plattformer være kontroller i de ulike grensetilstandene. Flaggstaten og klasseselskapet gir sertifikater til reder for samsvar med regelverket. Sertifikatene har begrensninger for hvor plattformen kan brukes for eksempel til geografisk område, 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 avvikene fra regelverkene er akseptable.

For hver lokasjon gjøres det en analyse av forankringen 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 

Halv nedsenkbare plattformer har på verdensbasis hatt relativt mange ulykker. Fra 1990 til 2005 har det skjedd en alvorlig ulykke om lag hvert 400 driftsår. Med 150 plattformer i bruk skjer det derfor normalt slike ulykker i snitt hvert tredje år. Mange steder i verden praktiseres det at plattformene evakueres før stormer og orkaner, slik at om plattformene havarerer blir det bare materielle skader.

På verdensbasis er de to verste ulykkene med Alexander L. Kielland i 1980 med 123 døde og Ocean Ranger i 1982 med 84 døde. De alvorligste ulykkene i Norge var med Alexander Kielland og Deep Sea Driller (6 døde).

Petrobras 36 (bygget i 1995) var i sin tid den største flytende halvt nedsenkbare plattformen i verden. Den sank 20. mars 2001 etter en eksplosjon. Siden har også de halvt nedsenkbare plattformene Aban Pearl sunket i 2010, Deepwater Horizon i 2010 og Jupiter 1 i 2011.
 
Typiske årsaker til ulykker og uhell under tauing er 
 brudd i slepeliner, 
 grunnstøting, 
 feil i ballastsystemer, 
 vanninnstrømning og 
 prosedyrefeil – som å taue for raskt.

Feil og svikt under operasjon er som regel knyttet til en eller flere av følgende forhold:
 feil ved operasjon av ballastsystemer, 
 sprekker i søyler eller stag, 
 stormskader på skrog eller utstyr på dekk, 
 vanninntrengning i skrog (gjennom kanaler, rør, dører osv) 
 manglende lukking av mannhull og vanntette dører, 
 svikt i ventiler mot sjø,
 interne ventiler utilsiktet har åpnet seg, vært utette eller montert feil,
 Brannvann fra overrislingsanlegg eller brannslukning fra fartøyer,
 svikt i ankerliner eller 
 «drive off» – plattformen kjører automatisk i feil retning på grunn av feil i DP-systemer.
 brønnkontrollhendelser som utblåsninger.

I 2015 skjedde det også en dødsulykke på COSLInnovator på Trollfeltet ved at en bølge slo inn vinduene i boligkvarteret, og en person ble drept.

Referanser

Litteratur 
 Bekkevold Einar; Fagerjord, Odd; Berg, Magne; og Funnemark, Espen (1990): Offshore accidents, do we ever learn? A 20 years report from VERITEC’s worldwide offshore accident databank (WOAD), Proceedings Offshore Safety, Rio de Janeiro, Brazil.
 Bertrand, A. og Escoffier, L (September 1989.): Accident database enhances risk drilling, production assessment, evaluation of 850 accidents provides analysis of causes and trends, Offshore.
 Det Norsk Veritas (Oktober 2012: Structural Design of column stabilised units (PDF) (LRFD-method), DNV-OS-C103, Høvik.
 Fotland, Kjell; Funnemark, Espen; og Musæus, Stine Utgaard (1998): WOAD statistical report 1998, statistics on accidents to offshore units engaged in oil and gas activities worldwide in the period 1970-97, DNV, Høvik.
 International Organization for Standardization (2007): Petroleum and gas industries – floating offshore structures, part 1: Monohulls, semi-submercibles and spares, ISO 19904-1, Genève.
 Lotsberg, Inge; Olufsen, Odd; Solland, Gunnar; Dalane, Jan Inge; og Haver, Sverre (2004): Risk assessment of loss of structural integrity of a floating production platform due to gross errors, Marine structures, bind 17
 Sjøfartsdirektoratet (2003): Regler for flyttbare innretninger, Oslo.

Oljeplattformer