Numerische Analyse von Strömungs-, Wind- und Wellenlasten auf eine Jackup Plattform
Adrian Beckmann
Vor über siebzig Jahren wurde mit der Suche nach Öl und Gas am Meeresgrund begonnen. Es
begann alles mit einer hölzernen Plattform, die unweit des Strandes nach Ölvorkommen
suchte. Durch den immer weiter wachsenden Bedarf an Gas und Öl ist es erforderlich, in
immer größere Wassertiefen vorzustoßen. Des Weiteren erschweren die immer extremer
werdenden Wetterbedingungen, welche die Folge des Klimawandels sind, das sichere Operieren auf hoher See. Hier sind besonders Wirbelstürme und plötzlich auftretende sehr
hohe Wellen zu nennen. So haben der Wirbelsturm Katarina und die dabei entstandenen
Wellen Ende August 2005 mindestens 20 Bohrinseln im Golf von Mexiko aus den
Verankerungen gerissen, beschädigt oder zerstört. Die Untersuchung befasst sich mit der Ermittlung der umweltbedingten Lasten auf eine Offshore Plattform. Zugrunde liegt hierbei eine dreibeinige Jack-up Plattform welche in der Nordsee in einer Wassertiefe von 33,5m operiert. Um die Sicherheit der Mannschaft und der Plattform zu gewährleisten, werden Offshore Bauwerke, wie die hier betrachtete Hubbohrplattform, in der Planungsphase auch gegen extreme Naturereignisse, wie die 100 Jahr Welle, ausgelegt. Die dabei auftretenden Lasten werden bisher durch empirische
Verfahren oder durch die Methoden der Potentialtheorie abgeschätzt. Die empirischen Verfahren basieren auf der linearen Wellentheorie. Mit diesem Verfahren
werden bei Wellen mit geringer Steilheit gute Ergebnisse erzielt. Bei extrem hohen Wellen
bzw. bei stark nichtlinearen Wellenzügen sind diese Verfahren jedoch sehr ungenau.
Außerdem können sehr steile bis brechende Wellen gar nicht berücksichtigt werden.
Die Potentialtheorie kann mit ihren verschiedenen Diskretisierungsmethoden, wie der
Randelemente-Methode, nichtlineare Effekte berücksichtigen. Des Weiteren ist es möglich
Druck- und Geschwindigkeitsfelder über das gesamte Strömungsgebiet zu bestimmen. Auch
bei dieser Methode ist es nicht möglich brechende Wellen wiederzugeben.
In der hier vorliegenden Untersuchung werden die aerodynamischen und hydrodynamischen
Lasten, die auf eine Jack-up Plattform wirken, numerisch berechnet. Dabei werden die
Glattwasser-, Wellen- und Windströmungen mittels der RANSE-Methode simuliert und die
daraus resultierenden Kräfte sowie die Momente, die auf die Komponenten der
Hubbohrplattform wirken, berechnet.
In einem weiteren Schritt werden die auf die Plattform wirkenden, aerodynamischen und
hydrodynamischen Lasten mit Hilfe von Prognoseverfahren (z.B. Morison) abgeschätzt und mit den Ergebnissen der numerischen Berechnungen verglichen.
