專利名稱：浮動海上鉆井/生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例總體涉及海上石油的鉆井和生產(chǎn)，更具體而言涉 及在這種操作中使用的浮動結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在海上石油開采業(yè)中，浮動結(jié)構(gòu)用在即使是對于巨大的石油儲備， 深水使固定到海床的導(dǎo)管架太昂貴而不能實現(xiàn)充分的經(jīng)濟(jì)收益的區(qū) 域。因此，使用浮動結(jié)構(gòu)或者水動力定位船舶，所述浮動結(jié)構(gòu)諸如是 利用多個錨停泊在適當(dāng)?shù)奈恢玫腟PAR's和半潛水結(jié)構(gòu)。
每種結(jié)構(gòu)都具有其優(yōu)點和缺點。
需要存在一種具有比傳統(tǒng)的spar更大的甲板區(qū)域的船舶。
需要存在一種具有改進(jìn)的豎直運動的半潛水結(jié)構(gòu)，該半潛水結(jié)構(gòu) 能夠利用比其它半潛水結(jié)構(gòu)更少的部件來快速建造。
傳統(tǒng)的鉆井半潛水結(jié)構(gòu)需要使用在颶風(fēng)放棄之前脫離連接并收回 到表面的海床吹離保險索(seafloor Blow Out Preventer)。立管系統(tǒng)沒有
設(shè)計為在颶風(fēng)期間承受半潛水結(jié)構(gòu)的豎直運動。此系統(tǒng)的安全性和環(huán) 境意義應(yīng)該是明顯的。在深水中，在放棄之前收回立管需要的操作的 時間和復(fù)雜性遠(yuǎn)比在淺水中對鉆井操作的全部生產(chǎn)力更重要。同樣， 完成這些需要的立管的復(fù)雜性是非常巨大的。在深水中鉆井的生產(chǎn)力受到這些操作復(fù)雜性的極大的不利影響，并且深水開發(fā)和產(chǎn)品發(fā)展系 統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果受到這些生產(chǎn)力問題的損害。
需要存在一種半潛水結(jié)構(gòu)，該半潛水結(jié)構(gòu)能夠在一個場地或在處 于不同地理位置處的多個場地中以模塊化方式的部件來建造。
需要存在一種半潛水結(jié)構(gòu)的設(shè)計，該半潛水結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有能夠 使用干式采油樹和鉆井立管的足夠小的豎直運動。完成這些小運動需 要的深吃水要求半潛水結(jié)構(gòu)被水平建造并漂浮在小于40英尺的淺吃水 中。
需要存在一種處于絕對穩(wěn)定的半潛水結(jié)構(gòu)。
需要存在一種具有足夠緊急壓艙物以恢復(fù)滿設(shè)計吃水和平衡的半 潛水結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明滿足這些需要。


結(jié)合附圖將更好地理解詳細(xì)說明，在附圖中 圖1示出半潛水結(jié)構(gòu)的實施例的立體圖。 圖2是半潛水結(jié)構(gòu)的實施例的艙內(nèi)輪廓。 圖3是半潛水結(jié)構(gòu)的另一實施例的立體圖。
圖4是用于鉆塔的緊急空氣供給系統(tǒng)的空氣供給的示意圖。
圖5是半潛水結(jié)構(gòu)最靠近海床的底端的平面圖。
圖6是半潛水結(jié)構(gòu)的實施例的正面圖。
圖7是具有中央井浮標(biāo)的半潛水結(jié)構(gòu)的實施例的平面圖。
圖8是半潛水結(jié)構(gòu)的實施例水平漂浮出和倒置的細(xì)節(jié)。
圖9是在本發(fā)明的單個柱上的VIV作用。
圖10示出由于柱之間的小間隙而導(dǎo)致的不期望的VIV作用。
6以下參考所列出的圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
具體實施例方式
在詳細(xì)解釋本發(fā)明實施例之前，應(yīng)該理解的是實施例不限于具體 的實施例，而是它們能夠以各種方式實施和執(zhí)行。
對于用作墨西哥海灣中深水領(lǐng)域的石油和天然氣生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的兩種
主要類型結(jié)構(gòu)，Spars 和半潛水結(jié)構(gòu)，半潛水結(jié)構(gòu)設(shè)計傳統(tǒng)上不能夠 有利于干式采油樹，因此僅用于海底采油樹。本發(fā)明提供一種能夠有 利于干式采油樹的半潛水結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
此外，具有高穩(wěn)定性的SparsTM設(shè)計不能夠支承更大的甲板區(qū)域， 抑制了更大容量的鉆井和生產(chǎn)工作。本發(fā)明提供具有半潛水結(jié)構(gòu)的大 甲板空間的Spar設(shè)計的穩(wěn)定性，提供滿足極深水環(huán)境的需要的功能性。
該設(shè)計構(gòu)造簡單，容易牽引到深水，并且提供令人驚訝的300英 尺至500英尺之間的深吃水，這是在過去未實現(xiàn)的特征的組合。
通過將用于安全和有效操作的大甲板區(qū)域與部署在深水中的更多 產(chǎn)且更安全的表面鉆井立管系統(tǒng)所需要的小豎直運動相組合，本發(fā)明 允許更快、更容易且更廉價的深水中化石燃料儲藏的開采。
本發(fā)明還解決了一些spars和其它商業(yè)上可獲得的半潛水結(jié)構(gòu)所 遇到的問題，即渦激振動(VIV)。 VIV能夠產(chǎn)生停泊強(qiáng)度設(shè)計問題、立 管疲勞和操作問題。VIV運動導(dǎo)致立管疲勞損壞，這需要使用更復(fù)雜 和更高規(guī)格的立管材料和設(shè)計。本發(fā)明減小VIV運動并能夠使用安全、 簡單的立管材料和設(shè)計。
本發(fā)明具有超過需要在颶風(fēng)放棄之前脫離連接并收回鉆井立管的 已知半潛水結(jié)構(gòu)的另一益處，因為從該低運動船舶部署的表面鉆井立管系統(tǒng)不是必須在颶風(fēng)預(yù)期中脫離連接，提高了鉆井生產(chǎn)力以及人員 和環(huán)境安全。
本發(fā)明具有超過己知半潛水結(jié)構(gòu)的另一益處，因為通過表面鉆井 立管系統(tǒng)的鉆井操作對來自回路水流的橫向負(fù)載不敏感。操作能夠在 除最大回路水流情形之外一直繼續(xù)，并且立管在任何情況下都不需要 脫離連接。部署傳統(tǒng)海底BOP的已知半潛水結(jié)構(gòu)在BOP球接頭到達(dá)一 定角度時必須暫停它們的鉆井操作，并且在橫向負(fù)載變得非常高時必 須脫離連接。
本設(shè)計允許比在spars上能夠提供的甲板空間更多的甲板空間，允 許更有效的甲板操作，這產(chǎn)生更低的鉆井和實現(xiàn)成本。
具有其深吃水和停泊系統(tǒng)的本設(shè)計即使在諸如100年風(fēng)暴的極端 環(huán)境條件下也能夠停留在位置上，同時提供豎直運動穩(wěn)定性，從而能 夠使用具有表面BOP和頂張力生產(chǎn)立管的頂張力壓力鉆井立管。
從安裝的觀點看，本發(fā)明還提供重要優(yōu)點。 一個優(yōu)點是能夠?qū)⒉?作吃水與牽引吃水分離，這使得深吃水系統(tǒng)獨立于水道的吃水。另一 優(yōu)點是連接桁架能夠建造有簡單連接件，該簡單連接件避免在典型的 半潛水結(jié)構(gòu)的浮船基礎(chǔ)和柱之間具有"節(jié)點"(或連接件)的一些典型復(fù) 雜化。該設(shè)計能夠被水平地建造、在水平漂浮狀態(tài)中被牽引、且然后 被倒置，用于接收漂浮甲板，或者利用附接在水平位置的甲板被牽引、 然后被倒置。這使得具有深度小于50英尺的水道的場地能夠建造該單 元的全部或一部分，這能夠競標(biāo)到更低競價的場地建造該單元，在第 三場地組裝，通過允許在多個場地進(jìn)行的模塊化構(gòu)造而使得整個構(gòu)造 成本低。與必須都在一個場地建造的單元相比，此類型的模塊化半潛 水結(jié)構(gòu)能夠更快且更經(jīng)濟(jì)地建造。
在又一實施例中，本發(fā)明提供改進(jìn)的壓艙系統(tǒng)。柱設(shè)計設(shè)置有水
8上空氣緊急壓艙系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在所需柱中提供大量額外浮力以快 速地抵消意外淹沒隔室的影響。結(jié)合有絕對穩(wěn)定性的此系統(tǒng)提供防止 顛倒的結(jié)構(gòu)，顛倒是已知半潛水結(jié)構(gòu)中共同的問題。此系統(tǒng)因此對人 員和環(huán)境來說更安全。
半潛水結(jié)構(gòu)還設(shè)置有自正位回到水平漂浮位置的能力，能夠簡單 地運輸?shù)狡渌恢谩?br> 在一實施例中，本發(fā)明提供與當(dāng)前半潛水結(jié)構(gòu)相比具有更深吃水 的半潛水結(jié)構(gòu)，同時使用漂浮甲板設(shè)計來提供有效結(jié)構(gòu)連接件。
本發(fā)明具有與柱的特征尺寸相比間隔足夠大的柱，以確保VIV振
蕩是由單個柱而不是由整個外接直徑引起的。當(dāng)渦流樣式是以激發(fā)本
體整體運動中的一個的自然頻率的頻率進(jìn)給時，發(fā)生VIV振蕩。水平
水流能夠激發(fā)平移(除了豎直平移方向)振蕩以及旋轉(zhuǎn)振蕩。當(dāng)稱為換算
速度 f/77 K =一
的無量綱參數(shù)的值處于從5至8的范圍內(nèi)時，振蕩"鎖定"。在此 公式中，U是水流速度，T是通常在從100-300秒(橫向平移)至30-80 秒(旋轉(zhuǎn))的范圍內(nèi)的所關(guān)心的自然周期，以及D是直徑。VIV是自我限 制現(xiàn)象，并且大小通常根據(jù)直徑來表示，諸如.5A/D，這意味著正弦曲 線振蕩的振幅等于直徑的一半。
許多種類似結(jié)構(gòu)的物理性試驗已指示出，當(dāng)柱靠近在一起時，本 體作為單一的大等價直徑，因為直徑增大了，所以增加了速度在VIV
振蕩開始處的影響以及增加了振蕩的振幅。試驗還指示出當(dāng)柱邊到邊 間隔1.5D時，VIV振蕩是其本身柱直徑的特征，這正是所想要的，這 是因為即使鎖定狀態(tài)處于低速，振蕩也是更小的并且因此產(chǎn)生了更大 頻率。列板通常在許多種應(yīng)用中用來減輕VIV，包括用于陸地上的塔、 海洋立管、以及海上浮動結(jié)構(gòu)的風(fēng)列板。為了有效，列板寬度應(yīng)該在 有效柱直徑的10%至15%之間。當(dāng)柱分離到足夠使VIV振蕩基于柱直
徑而不是組合本體時，列板能夠處于柱而不是組合本體的10%至13%
之間，并因此極大地簡化了制造。當(dāng)需要大列板時，對于制造和安裝 階段來說還存在極大的操作和計劃挑戰(zhàn)。
桁架連接件的水力透過性是重要的，這是因為試驗已經(jīng)證明極大 地影響柱周圍的水流的流動的大連接件能夠使得結(jié)構(gòu)與整個結(jié)構(gòu)直徑 而不是柱直徑振蕩，從而使列板無效。
本發(fā)明還提供VIV抑制，VIV抑制減輕由回路水流和深水中產(chǎn)生 的其它持久水流導(dǎo)致的振蕩。
本發(fā)明具有水力透過的連接桁架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠減小水位線處
的波負(fù)載并消除由到該單元的最靠近海床的部分的流動阻塞引起的大 振幅搖擺VIV振動的可能。
本發(fā)明比其它半潛水結(jié)構(gòu)更安全，因為它具有浮力中心位于重心
以上的改進(jìn)的穩(wěn)定性機(jī)制，提供絕對的穩(wěn)定性。如與在大螺距或搖擺 角時具有降低的穩(wěn)定性的已知半潛水結(jié)構(gòu)相反的，本發(fā)明的穩(wěn)定性繼
續(xù)在大角度時增加。取決于期望的風(fēng)并在類似于100年颶風(fēng)的條件下， 浮力中心和重心之間差的典型值可以從10英尺變化至40英尺。
本發(fā)明比其它半潛水結(jié)構(gòu)更安全，這是因為它具有包括浮力中心 位于重心以下的改進(jìn)的穩(wěn)定性機(jī)制以及改進(jìn)的壓艙系統(tǒng)。柱設(shè)計設(shè)置 有水上空氣緊急壓艙系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在所需的柱中提供快速地作用 的極大量的額外浮力以抵消意外淹沒隔室的影響。組合有絕對穩(wěn)定性 的此系統(tǒng)提供結(jié)構(gòu)防止顛倒的結(jié)構(gòu)，顛倒是已知半潛水結(jié)構(gòu)的共同問 題。此系統(tǒng)因此對人員和環(huán)境來說更安全。本發(fā)明能夠支承底張力立管。
在又一實施例中，本發(fā)明還能夠支承豎直約束的中央井，這為標(biāo)
準(zhǔn)的表面采油樹頂張力立管提供極大的優(yōu)點，即因為豎直約束的中央 井能夠在單個支承平臺上支承大數(shù)量的干式采油樹立管，使得每個立
管需要的多余浮力被共享，并允許極端高壓井的開采，這是因為高壓 歧管元件能夠放置在豎直約束的中央井上，避免對高壓柔性跳線的需 要，利用傳統(tǒng)干式采油樹立管的高壓應(yīng)用會需要該高壓柔性跳線。當(dāng) 前，在考慮中的高壓儲藏超出標(biāo)準(zhǔn)柔性管技術(shù)的能力。
本發(fā)明的實施例通過利用絕對穩(wěn)定增加超出已知半潛水結(jié)構(gòu)的能 力的船舶井的安全性、通過提供較高級的緊急壓艙系統(tǒng)、通過消除能 夠由操作員壓艙錯誤所引起的災(zāi)難性故障模式、通過當(dāng)颶風(fēng)接近時而 不是立管拉出操作完成之后允許鉆井人員任意疏散，來保護(hù)生命。
本發(fā)明的實施例通過移除高的臨界海底BOP以及在它們使用中的 運行內(nèi)在操作、通過絕對穩(wěn)定并因此消除與傾覆事件相關(guān)聯(lián)的環(huán)境排 放的可能，來保護(hù)環(huán)境。
現(xiàn)在參考附圖，圖1示出深吃水的半潛水結(jié)構(gòu)、浮動船舶，具有 的重心3位于浮力中心5以下。
此船舶是根據(jù)本發(fā)明的組裝的半潛水結(jié)構(gòu)的立體圖。此圖示出了
在處于倒置位置時通過三個桁架結(jié)構(gòu)16、 17、 18連接的四個豎直定向 的浮力柱6、 7、 8、 9，位于組件頂上的甲板28，以及在最靠近海床的 端連接在所述柱之間的水平垂蕩板30。四個系泊線60a、 60b、 60c、 60d 緊固到位于此圖中所示的中間桁架17附近的柱的中點。每條系泊線利 用導(dǎo)纜器緊固到柱，58a、 58c和58d是導(dǎo)纜器。應(yīng)該注意到，本發(fā)明設(shè)想得到僅具有三個柱的半潛水結(jié)構(gòu)或制作
有5、 6、 7、 8、 9以及直到30個柱的其它半潛水結(jié)構(gòu)。設(shè)想如果更多
的柱的直徑更小，則更多的柱是有用的。
每個柱具有頂端ioa、 10b、 10c、 10d以及底端lla、 llb、 llc、 lld。底端在處于豎立和操作位置時朝著海床向下延伸入水。
柱優(yōu)選全部具有相同形狀。柱的形狀如果在橫截面上看的話能夠 是方形的，如果在橫截面上觀察的話能夠是柱形的，如果在橫截面上 看的話能夠是矩形的，或者如果在橫截面上看的話能夠是三角形的。 設(shè)想實施例可以具有各自形狀相同的兩種柱，但柱對具有不同形狀。
圖2示出在每個柱中，存在至少一個可變壓艙隔室，柱6和8被 示出。此壓艙隔室是可變壓艙隔室12和14，該壓艙隔室在構(gòu)造之后的 從水平浮出位置倒置的期間特別有用。可變壓艙系統(tǒng)能夠是任何傳統(tǒng) 類型的，具有優(yōu)選防錯誤"超過頂部"壓艙系統(tǒng)，其中壓艙是通過來 自頂側(cè)安裝的泵歧管的海水來完成，而排放壓艙水是通過使用潛水泵 來完成的。可選地，整個可變壓艙系統(tǒng)能夠使用與用于緊急壓艙系統(tǒng) 的機(jī)制相同的水上空氣的機(jī)制來完成，其中每個柱具有一個可變壓艙 隔室和一個用于緊急壓艙的隔室。
圖2還示出，所構(gòu)造的半潛水結(jié)構(gòu)形成為使得豎直定向的柱處于 間隔開的關(guān)系，也就是柱之間具有距離250，從而將組裝結(jié)構(gòu)的渦激振 動振幅(VIV)減到最小。柱的間隔必須是直徑的至少1.5倍。
示出為17和18的至少兩個連接結(jié)構(gòu)密封桁架維持每對柱之間的 結(jié)構(gòu)定位。桁架設(shè)置在水位線或海平面25以下。桁架是水力可透過的， 意味著由于波浪和水流導(dǎo)致的負(fù)載明顯低于使用標(biāo)準(zhǔn)造船結(jié)構(gòu)的情 況。這些桁架的使用極大地減小了整體水力阻力。桁架在柱之間傳遞剪切負(fù)載，該剪切負(fù)載能夠是由軸向浮力和重 力負(fù)載、以及通過由颶風(fēng)引起的運動和負(fù)載造成的整體彎矩造成的剪 切所導(dǎo)致的。剪切的有效傳遞允許在柱中的主鋼的有效設(shè)計。
一個實施例能夠提供設(shè)置在至少一個柱6周圍的至少一個列板以 進(jìn)一步最小化渦激振動振幅。設(shè)想每個柱可以具有至少一個列板。圖3
示出每個柱有4個列板。也就是對于柱6來說，列板是260、 261、 262、 263。對于柱7來說，列板是264、 265、 266、和267。對于柱8來說， 列板是268、 269、 270、和271。對于柱9來說，列板是272、 273、 274、 和275。還設(shè)想每個柱可具有3個列板或者一個或兩個柱各具有多個列 板。示例性列板可是一個或多個板，所述板具有柱直徑的大約10%至 自由邊的尺寸，在四倍和八倍的柱直徑之間的長度時環(huán)繞柱的全部直 徑。在直徑40，的柱上，列板可以是4'寬并且在起始高度以下的160' 到320'之間實現(xiàn)全部360度環(huán)繞。
應(yīng)該注意到，多個立管連接件定位在柱之間。圖5示出了定位在 柱之間的四個立管連接件26a、 26b、 26c和26d的細(xì)節(jié)。
返回圖2，利用用于每個柱的連接段將甲板28設(shè)置在柱上，這里 兩個連接段示出為連接段29a和29b。至少一個水平板30通過與海床 最靠近的桁架來支承，這里示出桁架16。水平板在最小化所述結(jié)構(gòu)的 豎直運動時用作垂蕩板并且還增加質(zhì)量，同時保持對水流運動的透過。
最后得到的半潛水結(jié)構(gòu)是自正位、自倒置的半潛水結(jié)構(gòu)，所述半 潛水結(jié)構(gòu)具有的重心5位于浮力中心3以下。此外，由于壓艙，此結(jié) 構(gòu)在完成組裝時可漂浮在水平位置上，并且進(jìn)一步該結(jié)構(gòu)在倒置時具 有300英尺至550英尺之間的總吃水。
圖2還示出了壓艙系統(tǒng)的細(xì)節(jié)?？梢瞥墓腆w壓艙物46a、 46b能 夠放置在每個柱中用于所述結(jié)構(gòu)的可重復(fù)的倒置和正位。
13應(yīng)該注意的是，圖2所示的桁架能夠是諸如具有l(wèi)"壁厚的30"管、
以及其它尺寸類型的海上管狀構(gòu)造的管狀構(gòu)件，或3，-5，高、也是海上
構(gòu)造類型的板梁，或其組合。
此外，圖2示出了每個柱能夠具有至少一個硬罐(hardtank)，用于 柱6的硬罐48b和用于柱8的硬罐48a。這些硬罐能夠是具有大約1.5" 的最大板厚度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?？勺儔号撓到y(tǒng)能夠設(shè)置在硬罐段中。請移 除關(guān)于控制系統(tǒng)的部分。
圖2還示出每個柱能夠包含至少一個軟罐，示出用于柱6的軟罐 50a和用于柱8的軟罐50b。 一旦倒置軟罐永久地充滿有海水，并且因 此在處于合適位置的狀態(tài)中壓力相等。因此，典型的板厚度能夠在.75" 的范圍內(nèi)。每個柱的軟罐部能夠保持50,000英尺3至l,OOO，OOO英尺3 之間的水量。
此外，每個柱能夠具有水口 53a、 53b，用于排出或接收水。
圖4示出用于鉆塔的緊急空氣供給系統(tǒng)的空氣供給的示意圖。緊 急空氣供給源54連接到諸如Ingcrsol Rand空氣壓縮機(jī)或加壓罐的壓縮 機(jī)，用于通過管線280和281將水從緊急壓艙罐排出以正位半潛水結(jié) 構(gòu)?？諝夤┙o源可以位于柱中或甲板28上。
在實施例中，間隔開的柱能夠呈現(xiàn)出圓形、矩形、方形、或三角 形的整體形狀。每個單個的柱能夠是圓形橫截面、矩形、方向或三角 形6。所述柱處于間隔開的關(guān)系，也就是邊到邊是柱中的一個的直徑的 至少1.5倍。此間距的原因是為了實現(xiàn)良好的VIV性能并簡化列板的 設(shè)計。
圖5示出了帶孔的水平板30的底視圖，該水平板30連接到底部桁架16和立管導(dǎo)向件42a、 42b、 42c、 42d，所述立管導(dǎo)向件用于為與 立管連接件接合的立管提供橫向約束。水平板能夠是板梁結(jié)構(gòu)或膜結(jié) 構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)諸如用于航行或降落傘的膜結(jié)構(gòu)。
圖5還示出設(shè)置在柱之間的至少一個扭轉(zhuǎn)支架44a、 44b，并且其 中至少一個扭轉(zhuǎn)支架對水力波作用具有透過性。
圖6示出了半潛水結(jié)構(gòu)的實施例。半潛水結(jié)構(gòu)示出為安置在海床 1上。立管36a和36b安置在海床上且借助于浮標(biāo)導(dǎo)向件33a連接到定 向的浮力柱。示出半潛水結(jié)構(gòu)的一部分突出穿過海平面25。
圖6是海床1之上的組裝的半潛水結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖7示出了設(shè) 置在柱之間的中央井浮標(biāo)32，其中中央井浮標(biāo)具有軸向中心線34。
圖7示出了多個浮標(biāo)導(dǎo)向件33a、 33b、 33c和33d。此圖7還示出 了多個立管36a、 36b、 36c和36d，所述立管穿過中央井浮標(biāo)并延伸到 海床。浮標(biāo)導(dǎo)向件也能夠定位在不同位置，諸如在甲板上、在至少一 個柱上、在至少一個桁架上、或這些位置的組合。
立管導(dǎo)向件為與立管連接件接合的立管提供橫向約束。
雖然在圖7中立管導(dǎo)向件被示出在一個位置上，但是立管導(dǎo)向件 能夠定位在船舶上的不同位置處，諸如在甲板上、設(shè)置在至少一個柱 上、在至少一個桁架上、或這些位置的組合。
船舶的一個實施例設(shè)想，在柱上使用的甲板能夠是漂浮(float-over) 甲板。漂浮甲板通過排放柱中的壓艙水而連接到柱，而甲板不處于使 用位置。然后一旦柱被排放壓艙水而到海平面以下的位置，將漂浮甲 板移動到被排放壓艙水的柱之上并將漂浮甲板連接到被排放壓艙水的 柱。目的是該結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受由高達(dá)100年暴風(fēng)浪和高達(dá)100年墨西哥
海灣回路水流(loop current)產(chǎn)生的水力波作用。
垂蕩板由殼板厚度在.5"至.75"范圍內(nèi)的典型的鋼結(jié)構(gòu)制成。能夠 提供在中心的開口用于中央井的豎直約束。
此外，本發(fā)明涉及一種用于制作半潛水結(jié)構(gòu)的方法。此方法設(shè)想 首先諸如在一個場地構(gòu)造浮力柱。然后諸如在另一場地形成桁架。然 后材料可以被重新安置到具有干船均的第三場地。在干船均中，或在
陸地上，能夠使用至少第一頂桁架將第一柱連接到第二柱。然后，第 一底桁架能夠連接到第一柱和第二柱，保持所述柱處于間隔開的關(guān)系， 足以減小組裝好的柱組的渦激振動振幅。
如果使用干船塢，則然后將連接的第一柱和第二柱漂浮在水中。 當(dāng)漂浮時，至少第二頂桁架連接到漂浮在水中的第一柱，并且至少第 二底桁架連接到漂浮在水中的第一柱。接著，至少第三頂桁架和第三 底桁架連接到漂浮在水中的第二柱。
第三柱諸如利用起重機(jī)放置在第二頂桁架和第二底桁架上。第三 頂桁架和第三底桁架連接到第三柱，形成可倒置、自正位的半潛水結(jié) 構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖8，此組裝的結(jié)構(gòu)然后水平漂浮到水道中，并且然后 利用小于30英尺的淺吃水而水平牽引到用于安裝步驟118的位置。
下一步驟120a示出開始在給定海平面1中倒置半潛水結(jié)構(gòu)。步驟 120b示出利用可變壓艙物在第一位置向下壓艙。步驟120c示出向下壓 艙到第二位置，并且步驟122示出使用駁船和起重機(jī)在向下壓艙的結(jié) 構(gòu)上安裝甲板。起重機(jī)船125能夠用于安裝甲板。
16在該方法中，設(shè)想分段地安裝第三柱。 該方法的一個實施例設(shè)想同時安裝桁架。
該方法的又一實施例設(shè)想甲板的連接通過將倒置的半潛水結(jié)構(gòu)浸 沒、將甲板漂浮在浸沒的倒置半潛水結(jié)構(gòu)之上、然后連接甲板。
該方法的又一實施例在安裝第三頂桁架和第三底桁架之后添加步 驟，該步驟包括將第四柱安裝到第二柱上方的第三頂桁架和第三底桁 架、將第四頂桁架和第四底桁架安裝在第三柱和第四柱之間以形成四 柱半潛水結(jié)構(gòu)。
對于四柱的形式，在仍又一實施例中設(shè)想能夠同時安裝第三柱和 第四柱。
所有方法還設(shè)想在水平漂浮半潛水結(jié)構(gòu)之前將扭轉(zhuǎn)支架安裝在第 一、第三柱與第二、第四柱之間的步驟。
組裝方法的又一形式設(shè)想構(gòu)造多個浮力柱；形成多個桁架；使 用至少第一頂桁架將第一柱和第二柱連接到一起，保持這些柱處于間 隔開的關(guān)系，當(dāng)半潛水結(jié)構(gòu)處于正位的位置時足以將柱組的渦激振動 振幅減小到單個柱的渦激振動振幅；將至少第二頂桁架安裝到第一柱；
將至少第二底桁架安裝到第一柱；將至少第三頂桁架和第三底桁架安 裝到第二柱；將第三柱安裝到第二頂桁架和第二底桁架；將第三頂桁
架和第三底桁架連接到第三柱，形成部分半潛水結(jié)構(gòu)；利用小于30英 尺的淺吃水將部分半潛水結(jié)構(gòu)水平漂浮到安裝位置，倒置部分半潛水 結(jié)構(gòu)；將甲板安裝在倒置的部分半潛水結(jié)構(gòu)之上；將甲板連接到倒置 的部分半潛水結(jié)構(gòu)；以及利用連接的甲板對半潛水結(jié)構(gòu)進(jìn)行排放壓艙 水。
17對此實施例來說，將第一、第二和第三頂桁架和底桁架安裝到第 一、第二和第三柱發(fā)生在干船塢中，并且在水平漂浮部分半潛水結(jié)構(gòu) 之前，淹沒干船塢。
此方法的形式設(shè)想，第三柱分段地安裝。在此形式中，能夠同時 安裝桁架。
對于組裝方法的此形式來說，甲板連接能夠通過浸沒倒置的半潛 水結(jié)構(gòu)、將甲板漂浮在浸沒的倒置半潛水結(jié)構(gòu)之上、然后連接甲板。
此形式設(shè)想又一實施例，該實施例在安裝第三頂桁架和第三底桁 架之后包括步驟將第四柱安裝到第二桁架之上的第三頂桁架和第三 底桁架、將第四頂桁架和第四底桁架安裝在第三柱和第四柱之間。
對此形式，第三柱和第四柱可以同時安裝。
圖9示出的實施例是渦流400、 402、 404和406由于間隔開的關(guān) 系而如何作用在單個的柱上，而不是VIV作用在組裝鉆塔的整個直徑 上。柱250之間的間隔使得每個柱發(fā)散自己的渦流。
作為比較的圖10示出渦流408作用在組合柱6、 7、 8和9上。
雖然利用強(qiáng)調(diào)的實施例描述了這些實施例，但是應(yīng)該理解在所附 權(quán)利要求的范圍內(nèi)，實施例可以通過不同于這里具體描述的實施。
權(quán)利要求
1. 一種深吃水的半潛水結(jié)構(gòu)，該半潛水結(jié)構(gòu)具有的重心位于浮力中心以下，該半潛水結(jié)構(gòu)包括至少三個豎直定向的浮力柱，所述浮力柱具有頂端和向下延伸到水中的底端，每個所述柱具有選自以下的形狀方形、圓柱形、矩形、三角形，每個所述柱具有至少一個壓艙隔室，其中所述至少三個豎直定向的柱間隔開足夠距離以減小渦激振動振幅(VIV)；至少兩個連接結(jié)構(gòu)密封桁架，用于維持所述柱的結(jié)構(gòu)定位，其中所述桁架設(shè)置在海平面以下，并且所述桁架連接到所述柱以使水力波作用最小化并且所述桁架適于在所述豎直定向的浮力柱之間傳遞剪切負(fù)載，同時保持相對于波浪和洋流運動的透過性；至少一個列板，該至少一個列板設(shè)置在至少一個柱的周圍以進(jìn)一步使渦激振動振幅最小化；多個立管連接件；甲板，該甲板設(shè)置在所述柱上形成自正位、自倒置的半潛水結(jié)構(gòu)，所述半潛水結(jié)構(gòu)具有位于浮力中心以下的重心，當(dāng)所述半潛水結(jié)構(gòu)完全組裝完成時可漂浮在水平位置上，并且具有300英尺至550英尺之間的吃水；以及至少一個水平板，該至少一個水平板由與所述柱的所述底端接合的桁架支承，用于增加質(zhì)量并使所述結(jié)構(gòu)的豎直運動最小化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中立管鄰近所述柱定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中立管定位在所述柱之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中多個所述桁架連續(xù)地設(shè)置在 整個所述柱上，以使水力波作用最小化并傳遞剪切負(fù)載。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在所述柱之間的中央井浮標(biāo)，其中所述中央井浮標(biāo)具有軸向中心線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，還包括多個浮標(biāo)導(dǎo)向件，所述多 個浮標(biāo)導(dǎo)向件設(shè)置在由所述柱、所述桁架、或所述柱和所述桁架的組 合所組成的組的構(gòu)件上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中多個立管穿過所述中央井浮標(biāo)并延伸到海床。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱的邊到邊間隔開所述 柱中的一個的直徑的至少1.5倍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，還包括立管導(dǎo)向件，用于為與所 述立管連接件接合的立管提供橫向約束。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述立管導(dǎo)向件設(shè)置在選自以下的位置處設(shè)置在所述甲板上、設(shè)置在至少一個所述柱上、設(shè)置在至少兩個所述柱之間、設(shè)置在至少一個所述桁架上、或它們的組
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中浮標(biāo)導(dǎo)向件設(shè)置在選自以 下的位置處設(shè)置在所述甲板上、設(shè)置在至少一個所述柱上、設(shè)置在至少兩個所述柱之間、設(shè)置在至少一個所述桁架上、或它們的組合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在所述柱之間的至少一個扭轉(zhuǎn)支架，并且其中所述至少一個扭轉(zhuǎn)支架相對于水力波作用 具有透過性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述甲板是漂浮甲板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，還包括在所述柱中使用可移除 的固體壓艙物，用于所述結(jié)構(gòu)的可重復(fù)的倒置和正位。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述桁架包括管狀構(gòu)件、 板梁、或它們的組合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中每個所述柱包括設(shè)置在所 述柱的所述頂端附近的適于可變壓艙的至少一個硬罐。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中每個所述柱包含至少一個軟罐。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱處于間隔開的定向，該定向呈現(xiàn)選自以下的形狀圓形、矩形、方形、或三角形。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，還包括在所有所述柱的頂端以下形成用于接合漂浮甲板的凹進(jìn)區(qū)域。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述水平板還包括立管導(dǎo)向件，用于為與所述立管連接件接合的立管提供橫向約束。
全文摘要
一種深吃水的半潛水結(jié)構(gòu)，其中該半潛水結(jié)構(gòu)具有的重心位于其浮力中心以下，并且該結(jié)構(gòu)是具有至少三個豎直定向的浮力柱的浮動船舶。豎直定向的浮力柱的每一個都具有至少一個壓艙隔室，并且所述至少三個柱間隔開足夠的距離以減小渦激振動振幅。存在至少兩個連接結(jié)構(gòu)密封桁架，所述桁架在海平面以下連接到柱，它們定位成使水力波在桁架上的作用最小并在柱之間傳遞剪切負(fù)載，同時保持相對于波浪和洋流運動的透過性。
文檔編號B63B35/44GK101506031SQ200780030432
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者愛德華·E·霍頓三世, 詹姆斯·V·馬厄 申請人:Agr深水發(fā)展系統(tǒng)股份有限公司