吸引ケーソン

サクションケーソン（サクションアンカー、サクションパイル、サクションバケットとも呼ばれる）は、底が開いたチューブの形をした固定プラットフォーム アンカーの一種で、使用時には堆積物に埋め込まれ、上部が密閉されるため、揚力によってケーソンを下方に押さえる圧力差が発生します。従来の海洋基礎に比べてサクションケーソンには多くの利点があり、主に深基礎杭よりも設置が速く、廃止措置の際に簡単に取り外すことができます。サクションケーソンは現在、石油プラットフォーム、海洋掘削、宿泊プラットフォームなどの大規模な海洋施設を深い海底に固定するために世界中で広く使用されています。近年では、サクションケーソンは浅瀬の洋上風力タービンにも使用されています。

30年前に北海で初めて開発され使用されたサクションアンカー技術がなければ、大深度での石油・ガス採掘は非常に困難な作業だったでしょう。 ^[1] サクションケーソン/アンカーの使用は、現在では世界中で一般的な慣行となっています。2002年の統計によると、485基のサクションケーソンが世界中の50を超える場所で、水深約2000メートルまで設置されています。サクションケーソンは、世界中の深海石油生産地域のほとんどに設置されています：北海、メキシコ湾、西アフリカ沖、ブラジル沖、シェトランド諸島西、南シナ海、アドリア海、ティモール海。2002年以降は信頼できる統計は作成されていませんが、サクションケーソンの使用は依然として増加しています。 ^[2]

吸引ケーソンは、海底堆積物に埋め込まれた逆さまのバケツと表現することができます。海底への固定は、ケーソンから水を汲み出してケーソンスカート内に負圧を発生させるか、または押すことによって行われます。これらの技術は両方とも、ケーソンを海底に固定する効果があります。また、設置プロセスを逆にしてケーソンに水を汲み上げて過圧を発生させることで、基礎を迅速に取り外すこともできます。^[3]

吸引技術の概念は、重力荷重では基礎スカートを地面に押し込むのに十分でないプロジェクトのために開発されました。この技術は、波や荒天による大きな張力を受けるアンカーのためにも開発されました。吸引ケーソン技術は、軟らかい粘土やその他の強度の低い堆積物のある海底で非常にうまく機能します。吸引ケーソンは、杭打ち機で地面に打ち込む（ハンマーで打ち込む）必要がある杭よりも設置が簡単な場合が多いです。^[4]

係留索は通常、吸引ケーソンの側面の最適な荷重取り付けポイントに取り付けられますが、これはケーソンごとに計算する必要があります。設置されると、ケーソンは短い剛性杭のように機能し、横方向と軸方向の両方の荷重に耐えることができます。保持容量を計算するには、限界平衡法または3D有限要素解析が使用されます。^[5]

吸引ケーソンは、ドラウプナーE石油掘削リグなどの沖合プラットフォームを含む沖合石油・ガス産業における浮体構造物のアンカーとして最初に使用されました。

1981年にシェルのために北海のゴーム油田に設置された最初の小型サクションケーソンと、1999年にメキシコ湾のダイアナプラットフォームに設置された大型サクションケーソンとの間には大きな違いがあります。ゴーム油田の12個のサクションケーソンは、水深40メートルで単純な積載ブイ装置を固定することを目的としていましたが、ダイアナプラットフォームのサクションアンカーの設置は、水深とアンカーのサイズに関して、当時それ自体が世界記録でした。ダイアナサクションケーソンの高さは30メートル、直径は6.5メートルで、約1500メートルの深さの軟らかい粘土層に設置されました。それ以来、サクションケーソンはさらに深いところに設置されていますが、ダイアナの設置は20世紀の技術的なブレークスルーでした。 ^[6] 吸引ケーソン技術の重要な発展段階は、北海の元オペレーターであるSaga Petroleum ASとノルウェー地質工学研究所（NGI）との協力から生まれました。Saga Petroleumの石油生産Snorre Aプラットフォームは、世界の他の地域であれば最長90メートルの杭で建設されるタイプのテンションレッグプラットフォームでした。残念ながら、 Snorre油田では、海底下60メートルの深さに巨大な小石があったため、長い杭を使用することは困難でした。そのため、Saga PetroleumはNGIによって分析された吸引ケーソンを使用することを決定しました。これらの分析は、広範なモデルテストによって検証されました。計算によると、プラットフォームはわずか12メートルの長さの吸引ケーソンで安全に固定できます。Snorre Aは1992年に石油の生産を開始し、現在はノルウェーの石油会社Statoilによって運営されています。

吸引バケットは、2002年にフレゼリクスハウン、 2008年にホーンズ・レブ^{[7] [8]}、 2014年にボルクム・リフグルントの洋上風力タービンでテストされ、ホーンズィー風力発電所の初期開発では基礎の3分の1に使用されることになっています。^[9]スタトイルは、この技術を風力発電所に使用しています。^[10] また、2020年に完成予定のホーンズィー・プロジェクト1風力発電所の一部の風力タービンにも使用される予定です。^{[11] [12]同様に、}アバディーン湾風力発電所にも吸引バケットの契約が締結されています。

吸引ケーソンは、1970 年代初頭に北海で沖合石油生産が始まった際に設置された大型重力石油プラットフォームの基礎設計原理およびソリューションと多くの類似点があります。エコフィスク油田の最初の重力石油プラットフォームは、サッカー場ほどの広さの基礎面積を持ち、非常に密度の高い砂の海底に設置されました。プラットフォームは、高さ 24 m までの波に耐えられるよう設​​計されました。

北海では、軟弱粘土などの地盤条件の悪い地域に石油プラットフォームの設置が進められ、さらに高い高波にも耐えられるよう設​​計されました。これらのプラットフォームは、重力荷重と負圧の組み合わせで地中に埋め込まれた円筒形のスカートのシステム上に構築されました。ガルファクス C 油田の石油プラットフォームには、長さ 22 m のスカートが装備されていました。トロール A プラットフォームは、長さ 30 m のスカートで深さ 330 m に構築され、世界最大の重力式プラットフォームです。

ノルウェー地質工学研究所 (NGI) は、当初から吸引アンカーの概念開発、設計、設置に深く関わってきました。「従来の設計に代わるオフショア バケット基礎とアンカーの適用」プロジェクト (1994 ～ 1998 年) は、15 の国際石油・産業企業がスポンサーとなり、最も重要な研究の 1 つとなりました。「粘土中のスカート付き基礎とアンカー」プロジェクト (1997 ～ 1999 年) は、米国のオフショア技術研究センター (OTRC) を通じて組織された 19 の国際企業がスポンサーとなり、「砂中のスカート付きオフショア基礎とアンカー」プロジェクト (1997 ～ 2000 年) は、8 つの国際企業がスポンサーとなりました。プロジェクトの主な結論は、1999 年のOTC論文 10824 号で発表されました。

軟らかい粘土における深海アンカーの設計と分析に関する業界主催の研究が 2003 年に完了し、NGI はオーストラリアの OTRC および海洋基礎システム センター (COFS) と共同で参加しました。全体的な目的は、API 地質工学作業グループ (RG7) と Deepstar 共同業界プロジェクト VI に、深海アンカーの設計と設置に関する広く適用可能な推奨方法を開発するために必要な背景、データ、およびその他の情報を提供することでした。

特殊構造物のリスク分析と安全性評価において世界的に活躍しているノルウェーの船級協会 DNV ( Det Norske Veritas ) は、NGI との緊密な協力に基づいて、吸引アンカーの設計手順に関する推奨実践レポートを作成しました。このプロジェクトの主な情報は、2006 年の OTC ペーパー No. 18038 に掲載されています。

2002年、NGIはヒューストンに子会社NGI Incを設立しました。この子会社は、メキシコ湾の15以上の吸引アンカープロジェクトの詳細な地質工学設計を受注しており、その中にはシグスビー断崖の下にある古い地滑り堆積物に位置するアンカーの設計を伴う挑戦的なマッドドッグスパープロジェクトが含まれています。詳細については、2006年のOTC文書17949および17950を参照してください。 ^[13]