專利名稱：差別柔量錨固定位系統(tǒng)的制作方法
由于在越來越深的深水中發(fā)現(xiàn)油田，現(xiàn)在有必要開發(fā)能夠有效地在這些新的水深處運行并且安裝和維修成本低的生產(chǎn)系統(tǒng)。
本發(fā)明適用于海洋轉(zhuǎn)運油庫，其位于需要將油船定位以接收近海油田產(chǎn)品的地方。
本發(fā)明的定位系統(tǒng)使按照在此所建議的概念所錨固的油船能夠移動，以便較好地適應(yīng)環(huán)境變化。
在巴西，要通過海洋轉(zhuǎn)運油庫的運轉(zhuǎn)運走的石油占全國石油產(chǎn)量的30％。在最公知的生產(chǎn)系統(tǒng)中，使用三種基本類型的海洋轉(zhuǎn)運油庫，即，浮筒架、單浮筒和錨固架。
在浮筒架系統(tǒng)中，油船通過纜索錨固在6至7個浮筒上，而這些浮筒又錨固在海底。該船通過漂浮的柔性管道接收鉆井平臺上產(chǎn)出的石油。由于該系統(tǒng)離岸操作，受到環(huán)境條件的影響，所以需嚴(yán)格遵守安全規(guī)則。例如，船與平臺必須相對于海流并排定位，使得當(dāng)一條纜繩斷開時船與平臺不會互相碰撞。
當(dāng)油船是滿的時，另一只(卸載)小船在第一只船的側(cè)面錨固在其的兩個系泊浮筒上并由兩個拖船定位，第一油船內(nèi)的石油通過聯(lián)接兩船的柔性管道傳送到卸載船上。
這種系統(tǒng)的缺點是輸送和/或排放石油產(chǎn)品的管道受到環(huán)境條件的影響，無論是船還是平臺一般都受到非常壞的海況的嚴(yán)重影響。因此，船的漂浮量很大，必須使用當(dāng)船偏離其原始位置時能夠隨船一起移動的漂浮的柔性管道。
另一缺點是，如果管道破裂，所有的油都會流入海中。此外，還會由于停止生產(chǎn)而引起經(jīng)濟損失，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
單浮筒型系統(tǒng)由一通過6-8根錨索錨固在海底的漂浮圓柱體構(gòu)成，圓柱體包括一固定的下部和一可動的上部，生產(chǎn)管線(豎管)通到下部，上部上有一轉(zhuǎn)臺。油船通過纜索系在圓柱體上。轉(zhuǎn)臺上帶有一支撐系統(tǒng)，它使船即使在系在單浮筒時也能圍繞單浮筒轉(zhuǎn)過360°。
水下管線通過海底從平臺通向船，從水下管線向上伸出一柔性管(豎管)，該柔性豎管由一浮標(biāo)支撐，該浮標(biāo)密封地聯(lián)接于單浮筒。在單浮筒中有一“旋轉(zhuǎn)”裝置，其能夠?qū)⑤S向(豎直)流動轉(zhuǎn)換成徑向(水平)流動，使產(chǎn)品能夠排放到船中。這一轉(zhuǎn)換借助于一柔性軟管進行。
這種系統(tǒng)的缺點是流體密封的旋轉(zhuǎn)裝置維修成本很高，因為當(dāng)旋轉(zhuǎn)裝置出問題時需停產(chǎn)才能進行更換。
錨固架系統(tǒng)被考慮為對浮筒架系統(tǒng)的一種改進，因為在這種情況下船自身錨固在海底。該系統(tǒng)的優(yōu)點是船固定得較好，因此減小了傾斜的危險，這樣，水下管線就能通到船上。盡管如此，海況的影響還是很明顯的。
更近期發(fā)展了一種“轉(zhuǎn)塔”系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，一單浮筒安裝在船上，該單浮筒具有各種等級的同心密封并在高壓下工作。該系統(tǒng)也能使船轉(zhuǎn)過360°，但由于該系統(tǒng)的復(fù)雜性，當(dāng)單浮筒破壞或損壞時必須將船送入干船塢。
本發(fā)明的一個目的是提供一系統(tǒng)，其能夠解決上述問題，并且具有有效、建造成本低、安全、安裝簡單、減少維修和可靠性高的優(yōu)點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用船的錨固定位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是錨索的分布和設(shè)置，這些纜索限定錨固系統(tǒng)的剛度差別程度。該系統(tǒng)應(yīng)該使船能夠移動，以適應(yīng)環(huán)境的變化，避免完全平行(迎風(fēng))和完全橫向(橫切風(fēng)向)的情況。
按照本發(fā)明，提供一采用差別柔量錨固對船定位的系統(tǒng)，其允許船端有不同的移動，以適應(yīng)海況的變化，該系統(tǒng)包括需從一平臺向其內(nèi)裝入近海油田產(chǎn)品的油船和連接于該油船的錨索，所述定位系統(tǒng)的特征在于油船通過錨索錨固，至少一些錨索包括交替的錨鏈和纜索段，所述定位系統(tǒng)使船的一端能夠移動；錨索的長度、彈性和幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)置由環(huán)境條件、系統(tǒng)安裝海域的水深、船的噸位和船的艉和艏部所允許的運動所確定。
本發(fā)明基于一種新的觀念，在此我們稱之為差別柔量(由利用市售軟件進行的參數(shù)研究開發(fā)，并已進行實物實驗)。
在本項研究中，在位于巴西桑托斯彎的Caravela油田進行了實驗，該油田水深大約為200m。至于安全性，符合所有操作浮筒架系統(tǒng)時的規(guī)則，每年只可能發(fā)生一次由于不利的氣候條件而引起的“偏離站”的意外事故。
實踐證明，包含一混合體系的錨索(錨鏈與鋼繩或纜索交替)比只包含錨鏈的錨索的剛度要大。這意味著，如果在這些錨索上施加同樣的張力，包含錨鏈和纜索的混合體系的錨索比只包含錨鏈的錨索在水平方向上移動的距離短，盡管錨鏈較沉。
基于這種觀察結(jié)果，按照本發(fā)明的船定位系統(tǒng)包括由錨鏈和纜索的一混合系統(tǒng)構(gòu)成的錨索。
使用這種系統(tǒng)的直接結(jié)果是船能夠“適應(yīng)”海況的變化。由于這樣使得船的一端能夠移動，所以船能夠轉(zhuǎn)動足夠的角度以適應(yīng)新的海況，并且不會被海浪沖走。運動的自由度是錨索的結(jié)合作用和錨索的彈性和/或其結(jié)構(gòu)的變化的一個函數(shù)。
設(shè)計了各種實驗來研究本發(fā)明所建議的錨固系統(tǒng)受到不利的環(huán)境條件，例如風(fēng)、波浪和海流時的性能，并求出在這些錨索中的應(yīng)力。
為了選擇實驗，進行一種數(shù)字模擬，其目的是確立計算機程序中最適合的系數(shù)，以便能夠推斷和預(yù)測所建議的系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下、不同的水深和用于不同的船時的性能。
模擬數(shù)據(jù)是從在一個八十米長、五十米寬的實驗池中進行的實驗中得到的，水深可以從0至9不同的類型中調(diào)整，作用幅度和方向也是可以改變的，而且有不同類型的模擬風(fēng)和水流通道。
在這些實驗中模擬了190至1000米水深，使用了比例模型船，并使船具有正確的壓載物和重量分配，以獲得適合于所確立的裝載條件的正確的質(zhì)量、重心和轉(zhuǎn)動半徑。
錨索模型符合這種類型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，并考慮下列參數(shù)(a)水深；(b)錨索的長度和結(jié)構(gòu)；(c)每單位長度浸沒錨索的重量；(d)錨索的機械彈性；(e)單位長度錨索的拖力；(f)在海底上的摩擦系數(shù)；(g)錨索的預(yù)張緊程度。
在艏彎曲部與艏柱之間以不同的等級對各種結(jié)構(gòu)的錨索進行了實驗。這些實驗?zāi)軌蜃C實水深對錨固系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明，即使錨索損壞，所觀察到的短暫的運動變化也是很小的，這是由于本系統(tǒng)所提供的少量的阻尼。
這些實驗中的大多數(shù)的條件是，百年波在最不利(在90至180度之間)的條件下到達(dá)船。
在所確立的實驗條件下，觀察到豎管與船聯(lián)接處的水平傾斜小于水深的25％，繩索中的最大張力不超過斷裂負(fù)荷的75％。這就證明了本系統(tǒng)對于位移和應(yīng)力規(guī)范是可行和滿意的。
下表示出所進行的實驗的一些結(jié)果。所有實驗都是在百年波的條件下改變水深、船型和錨索結(jié)構(gòu)進行的。
表(1
(*)系統(tǒng)由錨鏈＋纜索＋錨鏈構(gòu)成各種形式的波浪對錨索所采用的結(jié)構(gòu)的影響也進行了研究。而且模擬了管線的斷裂和損失，即船與已經(jīng)安裝的生產(chǎn)管線的聯(lián)接點的偏離。
在第一組實驗中，船的排水量為135000噸，300米深。
對于小的搖艏波，實驗使用了15根錨索，被劃分成三部分，每部分包括5根錨索，這15根錨索中的6根是雙索，3根是單索。
對于大的搖艏波，使用了15根錨索，其中4根是雙索，7根是單索，6對在艏部，相鄰的纜索對之間隔開60度。
在第二組實驗中，進行了一次沒有計算機模擬的實驗，目的是獲得所建議的錨固系統(tǒng)的信息。這些實驗采用了一種六點雙索系統(tǒng)，兩條錨索以90°和270°角和預(yù)拉伸力T固定在艏部，兩組錨索以45°、135°、225°和315°角固定在艉部，所有錨索的預(yù)拉伸力均為T′。在實驗過程中拉伸力T和T′是變化的。類似的系統(tǒng)也用280000噸排水量的船只及390和700米水深在大小搖艏波的情況下進行了實驗。對于較大的深度，錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為15條錨索，其中6條為雙索，3條為單索。
這種系統(tǒng)的較大優(yōu)點是，通過簡單地應(yīng)用這種概念，投資成本可以減少大約30％。
考慮了水深和船的噸位，用這種系統(tǒng)代替其它已有的系統(tǒng)，例如錨固架、單浮筒甚至轉(zhuǎn)塔是有利的，因為它不需要一轉(zhuǎn)體，從而也大幅度地降低了維修成本，并且這種系統(tǒng)也不那么復(fù)雜。
另一優(yōu)點是，這一新穎的觀念適用于全球范圍內(nèi)用于已有系統(tǒng)的所有材料和操作方法以及一般的規(guī)范，例如安全和操作標(biāo)準(zhǔn)，并且不必使用新的工具。
像所有的普通的系統(tǒng)一樣，現(xiàn)在所建議的系統(tǒng)也有局限性。其適用性由對具體地區(qū)的技術(shù)和經(jīng)濟的可行性研究所確定，在這種研究中，水深和船的噸位是主要變量。
考慮到船的噸位是由油田的生產(chǎn)能力所決定，而水深由該油田的位置所決定，在我們的實驗研究的基礎(chǔ)上并借助于適當(dāng)?shù)能浖頇z驗，我們可以肯定地說這種具有差別柔量的錨固系統(tǒng)是否可以用于某種具體的情況。
我們的研究表明，水越深，柔量差別越大，即，船的艉/艏位移的機會越大，這使得這一系統(tǒng)無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟上都成為一種高度競爭的抉擇。
權(quán)利要求
1.一種差別柔量(在本說明書中予以定義)錨固定位系統(tǒng)，由一平臺或其它采收裝置和一首向其內(nèi)裝載近海油田產(chǎn)品的油船構(gòu)成，所述定位系統(tǒng)的特征在于油船被錨固，錨索包括錨鏈和/或纜索；錨索的彈性和/或幾何結(jié)構(gòu)不同，使得船的端部能夠移動以便能夠適應(yīng)海況的變化。
2.一種如權(quán)利要求1的定位系統(tǒng)，艉/艏位移的自由度是錨索所采用的結(jié)構(gòu)的一函數(shù)。
3.一種如權(quán)利要求1或2的定位系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)的適用性是水深和船的噸位的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船的錨固定位系統(tǒng),其利用錨索的分布和設(shè)備,在錨固系中限定不同的剛度(柔量),使船能夠移動,從而較好地適應(yīng)環(huán)境,避免完全平行的情況(在這種情況下,船完全迎風(fēng)或順風(fēng))和完全橫向的情況(橫切于風(fēng)向)。
文檔編號B63B21/00GK1205672SQ96199260
公開日1999年1月20日 申請日期1996年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者費爾南多·G·C·卡斯特, 毛里西奧·S·S·德巴羅斯 申請人:巴西石油公司