用于在轉(zhuǎn)塔系泊浮船旁邊動態(tài)地定位浮船的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠遵循轉(zhuǎn)塔系泊浮船（turretmooredfloatingvessel)的偏 航運動的快速過渡浮船（rapidtransitionfloatingvessel)。更具體地，本發(fā)明涉及一 種用于憑借以下方式在轉(zhuǎn)塔系泊浮船旁邊動態(tài)地定位浮船的系統(tǒng)和方法：當轉(zhuǎn)塔系泊浮船 圍繞轉(zhuǎn)塔系泊設(shè)備（mooring)的中心隨風改變方位（weathervane)時，該浮船能夠通過遵 循轉(zhuǎn)塔系泊浮船的偏航運動來保持與該轉(zhuǎn)塔系泊浮船連接。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如浮式生產(chǎn)平臺這樣的浮船因為這些移動平臺可以容易地從一個地點移動至 另一地點而已經(jīng)被廣泛地用于油和氣勘探/生產(chǎn)。在全世界存在超過200個操作的老化的 浮動平臺。這些平臺通常被部署在遠離巴西、西非以及澳大拉西亞的近海點。僅在巴西近 海市場，就存在總計29個當前正在被部署的浮動平臺。其中，超過65%的這些浮動平臺采 用轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)。轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)使得平臺能夠針對波浪、風以及潮流而采用最小阻力的方 向在附近自由地隨風改變方位。對于鉆探操作而言，由于平臺能夠自動地采用針對狂暴的 要素而提供最小阻力的航向，因此這是有利的。
[0003] 隨著這些平臺老化，需要在這些平臺上執(zhí)行維護和升級工作。此外，平臺操作員還 經(jīng)常嘗試延長已部署的平臺的海上壽命。這能夠通過利用更新的型號更換磨損的設(shè)備和機 械或者升級現(xiàn)有的型號而因此延長平臺的壽命來實現(xiàn)。平臺操作員所面對的困難在于在對 這些平臺的操作具有最小破壞的情況下，這些維護和升級工作必須在平臺仍處于海上的同 時執(zhí)行。如果要將平臺斷開或脫機以進行維護工作，則由于平臺的停機時間而導致的收入 損失將不可逾越。
[0004] 針對上述問題的解決方案是使用配備有必需的機器和工具的船，以在海上執(zhí)行必 需的升級和維護工作。然而，大部分船不能夠經(jīng)受浮動平臺操作中的洶涌的海和惡劣的環(huán) 境條件。能夠在這種惡劣和不可預知的操作條件下操作的一種類型的浮船是被設(shè)計用于近 海工作的諸如半潛水器這樣的浮船。
[0005] 當前市場趨勢是建造排水量（displacement)在30, 000公噸至55, 000公噸之間 的半潛水器。隨著更多的半潛水器操作員傾向于向半潛水器裝載盡可能多的諸如居住單 元、緊急救援中心、直升機停機坪、儲存區(qū)以及這些其它空間消耗活動區(qū)這樣的特征，半潛 水器在尺寸上正變得更重和更大。當半潛水器變得更大且更重時，需要更多的功率來使這 些半潛水器移動。同樣地，功率推進器的尺寸或引擎的尺寸也增加。由于在重量和可用功 率方面的不平衡性，目前可用的半潛水器不能夠在平臺隨風改變方位時對轉(zhuǎn)塔系泊平臺的 偏航運動做出足夠快的響應。這是因為當前可用的半潛水器太重而不能對偏航運動做出響 應，或者半潛水器的推進功率被完全地用于位置保持（即，在最惡劣的天氣條件下使半潛 水器保持固定）。因此，設(shè)計能夠安全地在轉(zhuǎn)塔系泊浮動平臺旁邊操作的半潛水器是一種挑 戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明解決本領(lǐng)域的上述和其它問題，并且進行技術(shù)上的推進。根據(jù)本發(fā)明 的系統(tǒng)和方法的實施方式的第一優(yōu)點在于，即使當轉(zhuǎn)塔系泊船圍繞其轉(zhuǎn)塔系泊設(shè)備的中心 隨風改變方位時，浮船也能夠在轉(zhuǎn)塔系泊浮船旁邊動態(tài)地保持其位置。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng) 和方法的實施方式的第二優(yōu)點在于，將浮船的總功率的約30%分配為剩余的推力，由此向 浮船提供足夠的功率以對轉(zhuǎn)塔系泊浮船的偏航運動做出響應。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的 實施方式的第三優(yōu)點在于，浮船在不會與轉(zhuǎn)塔系泊浮船相撞的情況下表現(xiàn)出更高頻率的低 頻偏航運動。這將轉(zhuǎn)塔系泊浮船的正常運行時間（uptime)從50%提高至85%以上。
[0007] 通過按下面的方式操作的根據(jù)本發(fā)明的方法或計算機系統(tǒng)的實施方式來提供上 述優(yōu)點。該系統(tǒng)首先確定浮船與轉(zhuǎn)塔系泊浮船之間的線性距離。所述浮船被設(shè)置有多個 引擎，所述多個引擎包括至少一個主引擎和至少一個操縱引擎（manoeuvringengine)。該 系統(tǒng)控制所述操縱引擎的輸出功率，然后將所述操縱引擎的所述輸出功率引導到被設(shè)置在 可轉(zhuǎn)動的吊艙（pod)中的多個船用推進器（marinepropeller)，以確保所確定的線性距離 與第一距離匹配。此外，所述操縱引擎的總輸出功率在所述多個引擎的總功率的20%至 35%之間，并且所述浮船具有所述多個引擎的總輸出功率與所述浮船的排水量的在0.80 至1. 10之間的比率。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過下面的等式來確定所述操縱引擎的用于遵循所述轉(zhuǎn) 塔系泊浮船的轉(zhuǎn)動位移的所述總輸出功率：
[0009]
[0010] 其中，T指示所述多個引擎推進器的最大總剩余輸出功率，M指示所述浮船的以公 噸為單位的質(zhì)量，A指示所述浮船的在浪涌/搖擺方向上增加的以公噸為單位的質(zhì)量，b指 示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的軸的位移，并且TP指示第一船的對移動距離b的響應時間。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述系統(tǒng)通過下面的等式來確定所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的所 述軸的所述位移：
[0012]
[0013] 其中，b指示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的所述軸的所述位移，&4旨示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船 的以度為單位的偏航幅度，并且c指示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的轉(zhuǎn)塔系泊設(shè)備的中心與所述浮 船之間的沿所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的軸的線性距離。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述系統(tǒng)通過下面的操作來確定所述浮船與所述轉(zhuǎn)塔系 泊浮船之間的線性距離：接收所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的偏航測量值，獲得所述浮船的當前位置， 以及基于所接收的所述偏航測量值和所獲得的位置來計算所述浮船之間的所述線性距離。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種浮船，該浮船用于通過動態(tài)地保持該浮船與 轉(zhuǎn)塔系泊浮船之間的距離來遵循所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的偏航運動。所述浮船包括多個引擎， 所述多個引擎具有至少一個主引擎和至少一個操縱引擎，其中，所述操縱引擎的總輸出功 率在所述多個引擎的總功率的20%至35%之間，并且其中，所述浮船具有所述多個引擎的 總輸出功率與所述浮船的排水量的在〇. 80至1. 10之間的比率。所述浮船還包括計算機系 統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)用于確定所述浮船與所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船之間的線性距離。所述計算機系 統(tǒng)還控制所述操縱引擎的輸出功率，并且將所述操縱引擎的所述輸出功率引導到被設(shè)置在 可轉(zhuǎn)動的吊艙中的多個船用推進器，以確保所確定的線性距離與第一距離匹配。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過下面的等式來確定所述浮船的操縱引擎的用于遵循 所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的轉(zhuǎn)動位移的所述總輸出功率：
[0017]
[0018] 其中，T指示所述操縱引擎的最大總輸出功率，M指示所述浮船的以公噸為單位的 質(zhì)量，A指示所述浮船的在浪涌/搖擺方向上增加的以公噸為單位的質(zhì)量，b指示所述轉(zhuǎn)塔 系泊浮船的軸的位移，TP指示第一船的對移動距離b的響應時間。可以通過下面的等式來 確定所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的所述軸的所述位移：
[0019]
[0020] 其中，b指示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的所述軸的所述位移，adg示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船 的以度為單位的偏航幅度，c指示所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的轉(zhuǎn)塔系泊設(shè)備的中心與所述浮船之 間的沿所述轉(zhuǎn)塔系泊浮船的軸的線性距離。
【附圖說明】
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的以上優(yōu)點和特征在下面的描述中進行描述，并且在下面的圖中示 出：
[0022] 圖1例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的第一船的立體圖；
[0023]圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在旁邊具有被動態(tài)地定位的浮船的轉(zhuǎn)塔系 泊浮船的俯視圖；
[0024] 圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的表示提供實施方式的處理系統(tǒng)的框圖；
[0025]圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在旁邊具有被動態(tài)地定位的浮船的轉(zhuǎn)塔系 泊浮船的俯視圖、以及示出所述被動態(tài)地定位的浮船的功率利用率的圖；
[0026] 圖5例示了與根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船相比的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的浮船 的功率與尺寸的比率以及剩余推力與尺寸的比率；
[0027] 圖6例示了與根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船相比的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的浮船 的剩余推力功率；
[0028] 圖7例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船的正面立體圖；
[0029] 圖8例示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船的側(cè)視圖；
[0030] 圖9例示了與根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船相比的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的浮船 的偏航幅度和響應時間；以及
[0031] 圖10例示了示出與根據(jù)本發(fā)明的實施方式的浮船相比的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的 浮船的幅度相對偏航運動的圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明涉及一種能夠遵循轉(zhuǎn)塔系泊浮船的偏航運動的快速過渡浮船。在轉(zhuǎn)塔系泊 浮船旁邊設(shè)置的浮船能夠保持與該轉(zhuǎn)塔系泊浮船連接。當轉(zhuǎn)塔系泊浮船圍繞轉(zhuǎn)塔系泊