具有用于減少垂蕩運動的連接至浮筒的延伸板的浮式海上平臺的制作方法
【專利說明】具有用于減少垂蕩運動的連接至浮筒的延伸板的浮式海上平臺
[0001]交叉引用
[0002]本申請是申請日為2013年6月20日，申請?zhí)枮?3/922，361的美國非臨時申請的國際申請，其要求申請日為2013年4月10日，申請?zhí)枮?1/810，460的美國臨時申請的優(yōu)先權。
[0003]關于聯(lián)邦贊助研究或開發(fā)的說明
[0004]不適用
[0005]附錄參考
[0006]不適用
技術領域
[0007]本申請涉及用于減少鉆井和開采的浮式平臺的豎直運動的方法和系統(tǒng)。更具體地，本申請涉及用于海上油和氣的勘探和開采的浮式平臺，且更具體地涉及半潛式浮式平臺，其具有牢固地連接至浮筒的延伸板以共同地作用以減少平臺的垂蕩運動(heavemot1n)。
【背景技術】
[0008]隨著對油和氣供應的需求的顯著增加，對于該供應來說油層的海上勘探和開采變得更加重要。這些油層通常需要大的鉆機和可變有效載荷，其導致在尺寸和重量上的非常大的干舷部(topside)。需要大的和昂貴的支撐海上平臺。然而，通過在接近海岸或在海岸處建造浮動結構并將結構拖至預定海上位置可減少該平臺的費用。
[0009]在設計以用于深水的主要類型的海上平臺中，包括普通的單柱式海上平臺(Spar)，一種類型的平臺已知為半潛式鉆機平臺。該結構被建在接近海岸處或在海岸上，漂浮至海上位置，且通過壓載艙(ballast tanks)部分地浸沒以為結構提供穩(wěn)定性。半潛式通常被配置有位于水表面下方的大的浮動浮筒結構，以及穿過水表面在水表面上方的有效高度處支撐干舷部甲板的細長柱。半潛式平臺為海上油和氣的鉆井和開采提供大的和高成本效率的平臺。然而，由于該結構具有較大的浮動表面，所以一個挑戰(zhàn)是限制由波浪和風作用引起的移動以提供期望的操作穩(wěn)定性。
[0010]垂蕩板被用于穩(wěn)定半潛式平臺的運動。該垂蕩板可以是實心板，或者多個板形成盒子的構造組件，以形成與其厚度相比較大的寬度，如術語“板”所寬泛的理解的。該垂蕩板在水表面下方且在波浪影響水區(qū)域的至少一部分的下方被安裝至半潛式平臺。該垂蕩板增加了海上平臺的流體動力質量(hydrodynamic mass)，其中流體動力質量隨著在流體中加速的本體移動的流體的量的測量值，且該流體動力質量取決于本體的形狀以及其運動的方向。在較低深度的垂蕩板向否則可發(fā)生在水表面上或附近的豎直和傾斜運動提供了額外的抵抗力。通常地，設計者會將垂蕩板安裝在較深的水平處。然而，由于平臺被建在海岸附近或海岸上的較淺深度處，所以該深度最初是被限制的。因此，一些系統(tǒng)的垂蕩板具有較低的性能。在平臺被設置期望海上位置處時，該垂蕩板可被降低至更加理想的深度。例如在美國專利第6，652，192號，美國專利第7，219，615號(作為美國專利第7，156，040號的繼續(xù)申請)，和美國專利第6，718，901號中，示出了所述系統(tǒng)的示例，且在通過引用結合于此。各所述系統(tǒng)共開了在設置于期望的海上位置之后將垂蕩板降低至平臺下方的一深度處。
[0011]美國專利第6，652，192號公開了一種垂蕩抑制的浮式海上鉆井和開采平臺，其具有豎直柱，將相鄰柱連接的橫向桁架，在柱的底部由豎直桁架腿支撐的深度潛入式水平板，以及由柱支撐的干舷部甲板。該橫向桁架在相鄰的柱的下端處將其連接以增強平臺的結構完整性。在平臺的安裝以及拖入較淺水中的過程中，該桁架腿被裝至各柱中的軸中，且該板被安裝在柱的下端下方。在平臺被浮動至深水鉆井和開采位置之后，桁架腿被從柱軸降低以將板降低至深吃水，從而減少波浪力的影響并對平臺提供垂蕩和縱搖運動阻力。接著將柱軸中的水移除，從而浮動地升高平臺，從而甲板處于水表面上方的要求的高度處。
[0012]美國專利號第7，219，615號公開了一種半潛式船，其包括一對具有可變浮力的豎直間隔開的浮筒。當船在運輸過程中，該下浮筒被限制為豎直地接近上浮筒。下浮筒在部署位置被壓艙，將浮筒落下至第一浮筒基準線下方的約32米深度處。因此，海上鉆井平臺的穩(wěn)定和運動特性被顯著地改進。
[0013]盡管這些系統(tǒng)中的每一個提供用于具有下垂蕩板的穩(wěn)定平臺的方案，然而在實踐中，將垂蕩板連接至平臺的支撐結構可遇到剛性挑戰(zhàn)。例如，美國專利第7，219，615號公開了可伸展的腿。因為腿的可伸展特性，所以由于在腿之間的斜撐條將明顯地與腿延伸和收縮通過導軌產生干涉，從而示出的在腿之間沒有能夠阻止至垂蕩板的延伸的支撐結構的扭曲和彎曲的斜撐條。美國專利第6，652，192號示出了在柱中的可延伸桁架，其具有在腿的延伸之后在桁架之間安裝的對角撓性線纜撐條。由于在桁架對角元件與柱之間的干涉，難以設計一種可容納桁架腿和剛性對角撐條從而有效地支撐和傳遞載荷的座部。由于相同的原因，該專利沒有公開在桁架之間的剛性撐條，即，在桁架之間的剛性撐條的存在將干涉桁架的延伸和收縮。另一個示例包括美國專利第6，718，901號，其公開了可延伸的腿，從而展開海上油和氣開采平臺包括將浮動設備甲板設置在浮動浮筒上，從而浮筒的分別包括浮動浮體的長形腿可移動地延伸通過甲板中的各開口。從甲板上的絞盤延伸的鏈條被穿過在浮筒上的導索器并被連接回至甲板。該鏈條被拉緊以將甲板固定至浮筒從而共同移動至海上位置。該鏈條被松開且浮筒和腿浮體被壓艙，從而浮筒和腿浮體沉入浮動甲板下方。在美國公開第20020041795號中公開了延伸吃水概念的另一個示例。
[0014]此外，深吃水半潛式鉆機通常需要大于60m的吃水，以具有良好的動作來在惡劣的海洋狀況下支撐至海底的連接。由于柱太高而不能在運輸過程中穩(wěn)定平臺，從而對于該深吃水半潛式平臺，在碼頭區(qū)的干舷部集成以及從建造場至安裝位置的運輸變得成問題。很多設計通過延伸吃水而解決這些困難，而延伸吃水需要海上安裝操作的顯著風險。
[0015]還需要具有改進穩(wěn)定性的海上平臺的浮式海上平臺的不同系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內容】

[0016]本發(fā)明通過包括一個或多個延伸板而提供改進性能和減少水平和/或豎直移動的海上平臺，其中該一個或多個延伸板被連接至海上平臺的一個或多個浮筒并從其延伸，允許在延伸板的任一側上的水減少平臺的垂蕩運動。該延伸板大體具有的從浮筒延伸的組合表面面積為浮筒的不包括延伸板的內周區(qū)域限定的表面積的至少10%。隨著浮式平臺移動，連接至浮筒的延伸板將水分離，且在移動方向上在平臺上產生拖曳力。拖曳力使得在不需要平臺的腿延長來獲得同等減少的移動的情況下得到更少的平臺移動。隨著延伸板移動的水還增加了動態(tài)質量。在一些實施方式中，具有從浮筒的相同表面在不同位置延伸的至少兩個延伸板，從而一個延伸板被設置成與另一個延伸板相鄰，水被截留在延伸板之間，且還對平臺形成了動態(tài)質量以減少垂蕩。該增加的動態(tài)質量從波浪激勵周期遠離而延長了運動固有周期，以最小化波浪驅動運動。因此，與沒有延伸板的平臺相比，平臺的運動減少。在建造場的建造過程中，該延伸板可被直接地或通過框架元件而連接至浮筒。延伸板通常在延伸部上方或與其在相同高度水平，且因此不會顯著減小海床與碼頭區(qū)處的船體之間的間隔。
[0017]本發(fā)明提供了浮式海上平臺，包括:浮動船體，其包括:至少一個豎直延伸的柱；和至少一個浮筒，其連接至所述豎直延伸的柱，其被配置成至少部分地位于所述海上平臺所布置的水的表面下方；和至少一個延伸板，其在至少部分地位于在操作過程中所述海上平臺所布置的水的表面下方的高度處從所述浮筒延伸并固定地連接至該浮筒，且被配置成通過隨著所述平臺在水中移動而至少引起圍繞與浮筒連接的延伸板的水平水分離，豎直水分離或其組合從而減少所述平臺的垂蕩運動。
【附圖說明】
[0018]圖1是具有延伸板的浮式海上平臺的示例性實施方式的示意透視圖。
[0019]圖2是具有延伸板的示例性浮式海上平臺的示意側視圖。
[0020]圖3是具有固定地連接至一個或多個浮筒的底部的一個或多個延伸板的浮式海上平臺的另一個示例性實施方式的示意透視圖。
[0021]圖4是具有固定地連接至一個或多個浮筒的頂部的一個或多個延伸板的浮式海上平臺的另一個示例性實施方式的示意透視圖。
[0022]圖5是具有固定地連接至一個或多個浮筒的底部和頂部的一個或多個延伸板的浮式海上平臺的另一個示例性實施方式的示意透視圖。
[0023]圖6A是具有固定地連接至一個或多個浮筒的底部和頂部的一個或多個延伸板的浮動海上平臺的另一個示例性實施方式的示意透視圖，該延伸板具有與圖5中所示的延伸板更窄的寬度。
[0024]圖6B是圖6A的實施方式的橫剖示意圖。
[0025]圖6C是圖6B的實施方式的橫剖示意圖。
[0026]圖6D是具有圖6C的水分離和水截留的連接至浮筒的延伸板的具體橫剖示意圖。
[0027]圖6E是具有與圖6D中的實施方式相似的水分離和水截留的包括翼的連接至浮筒的延伸板的具體橫剖示意圖。
[0028]圖6F是圖6A的實施方式的示意頂視圖。
[0029]圖7是基于典型設計的垂蕩周期