Erfaringer fra konstruksjonsutfordringer Yme MOPU konstruksjon Ptil Konstruksjonsdagen 27.08.2014 Petter Vabø TA Struktur
Beskrivelse av Yme MOPUStor Produksjonsinnretning konstruert som flyttbar og oppjekkbar innretning (MOPU) med bruk av DNV klasseregler, NMD og Ptil s rammeverk paragraf 3. Leiekontrakt, nøkkelferdig klar for oppstart Vanndyp 93m 3 legger med diameter 3,5m og fritt spenn 75m mellom opplagrene. Caisson med diameter 5,3m momentfritt opplagret til MOPU og til tank ved 2 punkter i nedre del. MOPU design vekt 14700t og nåværende vekt 12900t. Høyeste svingeperiode fra design 6,6s Tank med caisson installert i 2008 og MOPU installert sommeren 2011 flere år forsinket. MOPU planlagt fjernet i 2015 med bruk av Allseas-Pieter Schelte. Caisson med tank planlagt for gjenbruk koblet til en eventuell ny innretning. 2
Konstruksjonsutfordringer Yme funn Store bevegelser i konstruksjonen, også ved lave sjøtilstander. Store relative bevegelser mellom caisson og MOPU. Ulyder i jekke-hus (forsvant etterhvert med justeringer av lagre). Målte svingeperioder opptil 19% høyere enn forventet. Uavhengige konstruksjonsvurderinger konkluderte med at vanlig resonansdynamikk og utmatting var en utfordring. Dynamiske ringing-analyser viste høye belastninger av legger. Kontinuerlig vektøkning gjennom prosjekteringsfasen hadde spist opp konstruksjons- og vektmarginer. Lav kvalitet på dokumentasjon. Rutineinspeksjon i mai 2012 avdekket relative bevegelser mellom legg og betongfylling ved fundament. 3
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 3 Globale svingemoder etter installasjon Sway/Yaw Surge Yaw 7,35s 6.82s 5,45s 4 4
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 7,35 Second Sway/ Yaw 5 5
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 6.82Second Surge 6 6
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 6.82 Second Surge 7 7
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 5,45 Second Yaw 8 8
Yme MOPUStor Naturlige svingeperioder 5,45 Second Yaw 9 9
Yme struktur Ringing-analyser Uavhengige ringing-analyser med bruk av nytt program/metode viste svært høye belastninger av legger i ekstreme sjø-tilstander. Det ble utført uavhengige vurderinger samt modelltesting med bruk av personell med erfaring fra slikt arbeid på Heidrun og Draugen. Det ble konkludert med at ringing-analysene var for konservative. Det ble derimot konkludert med at vanlig resonansdynamikk med bølger nær strukturens egensvingeperioder kombinert med lav dempning var en utfordring. 10
Yme struktur Vurdering av demping Det ble i løpet av første år etter installasjon samlet inn 4 måneder med måledata. Måledataene ble brukt for kalibrering av Atkins sine strukturmodeller. Det ble målt veldig lave dempingsverdier for typiske sjøtilstander, ned mot 1% og de første re-analyser ble utført med 1,5% demping. Mer detaljert og omfattende arbeid viste stor spredning av dempingsverdier og det ble konkludert med gjennomsnittlig demping for utmatting på 3% og 5% for ekstrem tilstand. Det ble i prosjektering benyttet 5% for utmatting. 11
Yme struktur Naturlige svingeperioder Målesystemet om bord konkluderte med 19% økning av svingeperiode i forhold til forventning korrigert for ulik vekt. Sandfylling førte til reduksjon av høyeste periode på 7% og strukturen har per i dag 12% høyere periode i forhold til prosjektering. Avviket på 12% skyldes økt fleksibilitet av opplagring i jekkehuset og nedre opplager. Re-analyser er foretatt med sensitivitet i stivheter mellom begge opplagringspunkter. 12
Yme struktur Dynamiske analyser og utmatting Uavhengige analyser har konkludert med akseptable ekstremverdier for dynamisk respons, men generelt lavere levetider av legger og caisson grunnet bruk av lavere demping samt usikkerhet ved opplagring. Mer detaljert arbeid utført ved senere tidspunkt konkluderte også med overestimerte utmattingslevetider for enkelte knutepunkts forbindelser for avstivningskonstruksjonen mellom caisson og tank. 13
Yme kritisk skade av betong-forbindelse Det ble under en rutine inspeksjon våren 2012 oppdaget sprekk mellom legg og betong ved nedre opplager og synlige relative bevegelser mellom legg og betong. 14
Yme MOPU Avbemanning av plattform Detaljerte analyser av nedre opplager konstruksjon for legg konkluderte med veldig lav levetid under forutsetning av at momentoverføring delvis blir overført i legg support struktur (kun dimensjonert for vertikale laster). Det var ingen mulighet for inspeksjon av høyt belastet struktur. Plattformen ble besluttet til ikke å ha tilstrekkelig sikkerhet og ble avbemannet i juli 2012. Arbeidet med korrigerende tiltak for å gjøre plattformen sikker igjen ble intensivert med deltakelse fra alle involverte parter. Etter hvert ble det som en totalvurdering besluttet av SBM at plattformen skulle fjernes og TENAS tok etter hvert over ansvaret for alt utførende arbeid fra SBM. 15
Yme MOPU Viktigste tiltak for å etablere nødvendig sikkerhetsnivå for re-manning Sandfylling i sprekk mellom legger og eksisterende betong. Installasjon av måleinstrumenter ved legger. ACFM NDT inspeksjon under legg support struktur. Detaljerte statiske og dynamiske analyser. Bruddmekaniske beregninger inkludert material testing Pålitelighetsanalyser for å demonstrere akseptabelt sikkerhetsnivå i henhold til Ptil s regelverk. 16
Yme struktur Sandfylling for bedring av stivhet. Sandfylling førte til 7% reduksjon av høyeste svingeperiode som også tilsvarer ½ legg lengde i nedre opplager. Effekten av sandfyllingen har vist seg å være meget effektivt for reduksjon av utmattingskade av legg support struktur. 17
Yme struktur Måleinstrumenter ved legger Etter avmanning ble det installert ROV opererte måleinstrumenter ved hver legg. Disse tas til overflaten for tømming av data og skifting av batteri ved hver inspeksjon. Disse analyse dataene benyttes i struktur beregningene for kalibrering av modeller samt sjekking av effekten av sandfylling samt vurdering av påfyll. av sand. 18
Yme struktur NDT inspeksjon Med bruk av mini ROV med ACFM prober installert gjennom 300mm åpninger i fundament er det uført jevnlige inspeksjoner. Omfattende testing og systematisk bruk av verktøy har gitt høye POD-verdier for bruk til pålitelighets-analysene. 19
Yme struktur Analyser av legg support struktur Det er utført avanserte ikke lineære ABAQUS analyser av legg support struktur med simulering av ulike sprekker. Disse analyseresultatene er ført videre som input til bruddmekaniske analyser. 20
Yme struktur Bruddmekanikk og probabilistiske analyser Med input fra ABAQUS analysene og materialtesting av aktuelt material er det utført utmattingsberegninger med bruk av brudd mekanikk. Probabilistiske analyser er benyttet for å demonstrere et akseptabelt sikkerhetsnivå i henhold til Ptil s regelverk. Analysene konkluderer med at strukturen per i dag har et tilstrekkelig sikkerhetsnivå for midlertidig bemanning under forutsetning av jevnlige inspeksjoner. 21
Konstruksjonsutfordringer Yme- Læring til industrien Gjennom det arbeidet som er utført er konklusjonen at strukturen per i dag har et tilstrekkelig sikkerhetsnivå for midlertidig bemanning. Konstruksjonsforbindelser med bruk av betong bør benyttes med varsomhet og temporær fastholdning bør benyttes. Vektkontroll er meget viktig gjennom hele prosjekteringsfasen, særlig for dynamiske konstruksjoner med følsomhet for utmatting. Bruk av måleutstyr på plattform har vist seg meget nyttig for kalibrering av analysemodeller samt varsling om endinger av oppførsel. Nye konstruksjonstyper bør analyses grundig tidlig i prosjekteringsfasen Utfordringer med bruk av Ptil s rammeverk paragraf 3 særlig hvordan krav til risikovurdering og robusthet skal implementeres. Utmattingsberegninger må gjøres grundig for sensitive konstruksjoner. Pålitelighetsanalyser er nyttig verktøy for å fremskaffe mer realistiske omfang av inspeksjon samt definere sikkerhetsnivå. Se Ptil-studie vedrørende årsaksforhold og tiltak til konstruksjonshendelser på norsk sokkel spesielt kapittel 10.4.2.1-2. 22