CN1404452A - 具有细长水平拉杆的动态定位的半潜水钻探船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设计用于在苛刻环境中作业的半潜水船。该船具有一个双体式潜水箱结构，用以支撑四个角部沉箱，该沉箱在船的作业吃水深度以上从潜水箱垂直延伸。一对细长的平行的水平拉杆连接每对相对的沉箱，拉杆在垂直于潜水箱的纵轴的平面内延伸。其中一对拉杆位于前立柱之间，另一对拉杆位于后立柱之间。拉杆降低了作用在立柱上的铺展力和扭曲力，同时基本上没有增加船的水线面面积。每个拉杆具有内部“冗余”特性，拉杆被分成两个独立的不漏水的隔箱，用以当其中一个隔箱损坏时继续为结构提供浮力。利用一个全动态定位系统可以实现位置保持，该系统包括多个安装在潜水箱体的右舷和左舷侧的推进器组件。

Description

具有细长水平拉杆的动态定位的半潜水钻探船

相关申请引用

本申请是我们于1998年5月1日提交的题目为“动态定位的半潜水钻探船”的待审申请09/071,528的部分继续申请，该待审申请的全部内容包含于本文以做参考。

发明背景

本发明涉及海上钻探装置，更特别地，涉及一种用于在适度或苛刻的环境中，例如墨西哥海湾、北海、纽芬兰海等，进行海上作业的半潜水船。

最近几年以来，钻探作业在日益远离海岸线的地方进行，海上生产或钻探设备放置在经常是苛刻气候条件之下。在这种环境中，尤其重要的一点是要有稳定的漂浮设备用于支持矿产勘探和生产作业，以及为船员提供生活条件和存放必要的设备。在超过7500英尺的深水中，相对固定的底部锚定结构来说，配置有浮体的半潜水船变得尤为有利。

半潜水船的设计采用了浮动潜水箱，或下船体，它支撑多个竖直延伸的立柱，潜水箱的上部承载一个工作平台。某些半潜水船可以有单个沉箱，或立柱，通常表示为一个浮体，而其他的则采用三个或更多从浮动潜水箱向上伸出的立柱。

在许多这种结构中，立柱之间使用竖直或对角拉杆，拉杆对船的水线面面积有影响。拉杆通常制成为其直径小于立柱直径，因而更加易受环境和机械损坏的影响。如果相连接的拉杆受损，那么将危及整个结构。

单拉杆结构的一个例子披露在美国专利4,436,050，该专利于1984年3月13日公布，授予Hadar Liden，题目是“半潜水船”。该‘050专利公开了一种两个潜水箱四个立柱的结构，其中一对立柱安装在对应的水下船体或潜水箱上。一个横向水平牵条安装在水下船体两端上的每对立柱之间。‘050专利设计的目的是简化结构和减小水流阻力。然而，当作用在四个立柱上的铺展力较高以及由潜水箱横向弯曲施加在立柱上的扭矩趋向于沿当时风力和波浪作用力方向扭曲立柱结构时，很小数量的拉杆益处不大。

还有许多除水平牵条外还使用对角拉杆的半潜水船的设计。这些有助于加强平台的支撑结构同时抵抗海浪的破坏性作用力。其中一些采用对角拉杆的设计披露在美国专利4,232,625(Goren)和4,281,615(Wilson等)中。对角拉杆的一个缺点在于船的水线面面积的增大，这不利地影响船的重量、波浪阻力和总成本。

设计半潜水船时另外需要考虑的是船对由波浪引起的起伏和摇晃运动的抵抗能力。船必须具有足够的稳定性以经得起波浪运动从而能够安全地进行矿产勘探和生产作业。

在强风和强浪在一整年都普遍发生的苛刻的环境中这种考虑尤为重要。本发明旨在设计一种尤其适用于恶劣环境中的半潜水船，它具有改进的安全特性和高度可操作性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的安全特性的半潜水船。

本发明的另一个目的是提供一种具有有限数量的拉杆以确保极小地增加水线面面积，同时抵抗作用在支撑立柱上的铺展力和扭矩作用力的半潜水船。

本发明的这些和其他目的通过设计一种用于特别苛刻的环境中的半潜水船而得以实现。该船包括一对平行的潜水箱，其中潜水箱主要为矩形结构，并且被分成多个独立隔箱。四个立柱或沉箱安装在潜水箱上，并且垂直延伸用以支撑适于进行矿产勘探或生产作业的海上平台的上甲板。

两对平行的拉杆横向固定在潜水箱之间，一对平行的水平拉杆位于后立柱之间，另一对平行的水平拉杆位于前立柱之间，拉杆一般垂直于长形潜水箱的纵轴延伸。由于船不需要对角拉杆来加强支撑立柱结构，所以船具有较小的水线面面积，并且水平拉杆具有较小的直径。

水平拉杆提供立柱扭曲的固定性，其中立柱扭曲是由于下船体潜水箱因波浪和水流作用力在前和后立柱之间横向弯曲而产生的。因为采用了具有较低横向弯曲惯性的更加紧凑的拉杆构件，因尾舷方向海水引起的横向二次弯曲得以减小。船没有采用对角拉杆，从而保持水线面面积最小。

除了增大对作用在立柱上的铺展力和扭曲力的抵抗能力，水平拉杆还提供一定的冗余——如果其中一个拉杆损坏，则第二个拉杆承担起紧固该对立柱的负载直到修好受损的拉杆。

每个水平拉杆设置有内部“冗余”特性——它们包含两个独立的不漏水的隔箱。一个隔板将椭圆形截面的拉杆分成两个独立的部分，以便即使当一个隔箱壁的结构完整性因波浪运动或物理物体撞击拉杆而受到危害时仍保持船的稳定性。以此方式，在恶劣的环境事件时，即使当隔箱壁一部分受损，第二个潜水箱隔箱将帮助保持结构性能。

船利用安装在潜水箱上的动态定位推进器组件系泊在某个位置。推进器组件在潜水箱下延伸，同时一个独立地驱动一个对应的推进器组件的电机安装在潜水箱内的一个推进器舱室内。潜水箱内的推进器舱室之间的一个通道允许接近推进器组件，同时该通道在船的作业吃水深度以上的一个高度处与平台连通。

为了减小由波浪运动引起的尾倾作用力，立柱和潜水箱体设置有外凸的圆形角部。这种设计减小了当系泊或移动船时所传递过来的尾倾作用力。潜水箱体具有隔箱用于存放压舱物、钻制用水和其他必要的补给品。

立柱或沉箱容放备用泥浆桶、压舱物桶、通风源和其他机器和设备。一个集成的箱式甲板结构存放钻孔和船舶通信业务设备、发电设施、液体泥浆和其他各种各样的物品的储存装置。住舱和服务设施也安装在平台上。

附图说明

现在参照附图，其中同样的部件用同样的标号表示，附图中：

图1是本发明的半潜水船的透视图。

图2是本发明的船的外侧轮廓图。

图3是用于本发明的船的水平拉杆的横截面图。

图4是本发明的半潜水船的船首的正视图。

图5是本发明的船的船尾的正视图。

图6是船的右舷外侧部分的纵向截面图。

图7是构成本发明的船的一部分的立柱的正视图。

图8是潜水箱内部的示意图，示出压舱物隔箱。

具体实施方式

现在详细参照附图，标号10表示本发明的半潜水船。如在下文将更加详细说明的那样，该船包括一对浮体或潜水箱12、14，其中潜水箱被分成多个不漏水的隔箱，用于容放压舱物，以及允许接近推进器组件。分别固定于潜水箱12、14的上部16和18的是立柱或沉箱20、22、24和26，它们以横向于潜水箱12、14的垂直轴线的方向延伸。

立柱20、22、24和26的上部支撑有一个平台30，用于支撑矿产勘探和生产作业。如图2所示，立柱20-26的部分以及潜水箱12和14潜入水下至一个作业吃水深度32，同时立柱20-26的上部和平台30升高到超过具体位置的最大预期水波的高度。潜水箱12和14中的压舱物腔室提供必要的空间以放入压舱物，例如海水，以便部分地潜入该结构。

作业吃水深度32通常比存活吃水深度34(图2)高15到25英尺。当船10遭遇特别苛刻的条件时，波浪和静水力作用在潜水箱和立柱上，导致船10竖直地有角度地移动，使船受到波浪的起伏和倾斜运动的影响。

起伏和倾斜或摇晃运动起因于波浪作用在潜水箱和立柱上。这些导致船竖直地有角度地移动的作用力导致船相对于船10的轴线36的垂线漂移。船10的有角度的移动是惯性力和静水力的反作用。

如图1、4和5所示，基本上平行的水平拉杆38、39和40、41分别在立柱20、24和22、26之间延伸。水平拉杆38、39、40和41在高于潜水箱12和14并低于船10的存活吃水深度34的一个垂直高度上连接相对的立柱对。水平拉杆38、39位于前立柱20、24之间，而拉杆40、41位于后立柱22、26之间。拉杆38-41在邻近立柱水平面内的中间截面处固定于立柱20、22、24和26。

如图1所示，平行拉杆38、39在垂直穿过立柱20、24的一个假想中心线的相对侧相互更加接近。类似地，平行拉杆40、41在垂直穿过立柱22、26的一个假想中心线的相对侧相互更加接近。

细长的拉杆38-41基本上不会增加船的水线面面积，同时在特别苛刻的环境中能提供提高的稳定性和对作用在立柱上的铺展力和扭矩引发的作用力的抵抗力。由于波浪和水流作用力，潜水箱12和14在前和后立柱之间横向弯曲。拉杆38-41产生一定的固定性，或者刚性，抵抗立柱弯曲。

另外，双拉杆设计能够减小因尾舷方向海水引起的横向二次弯曲。这种效果通过采用具有较低横向弯曲惯性的更加紧凑的拉杆构件而得以实现。船10没有采用对角拉杆，反而利用水平拉杆对来将立柱保持在一个稳定、刚性的位置。

每个拉杆38-41都具有内在的“冗余”特性。如图3所示，每个水平拉杆38、39、40或41具有一个总体为卵形或椭圆形的横截面，并且设置有一个内部隔板42，它将拉杆分成两个相等的纵向部分。隔板42在每个细长的拉杆38-41内确定了两个独立的隔箱44和46。隔箱是不漏水的并且如果一个隔箱的壁损坏或被穿透，则第二个隔箱将幸存，继续连接立柱并为水上的船10提供稳定性。

每对拉杆38、39和40、41设计为通过提供外部“冗余”特性而进一步提高船的稳定性。如果拉杆38-41中的任何一个损坏，例如被靠近的拖轮，或漂浮在水中的残骸损坏，则第二对拉杆继续承担负载并继续刚性地连接对应的立柱直到修好受损的拉杆。

为了改进船的尾倾特性，即减小尾倾，潜水箱的船首角部用圆形的竖直侧壁50、54和56构成(图1，船首部分)。如图1和8所示，有角度的竖直侧壁51、53、55和57设置在潜水箱12和14的后部。

如图7所示，每个立柱或沉箱20、22、24和26具有一个不连续半径的圆角60。该半径例如可以是通常为正方形的沉箱的深度或宽度的1/4或更大。这种圆角能够减小尾倾力，同时仍然为角部立柱提供必要的强度。此外，极大地改善了沉箱的建造性，因为可以大量地使用平板，降低了船结构的总费用。

船10设置有保持位置的一个全动态定位系统。该系统包括八个固定在潜水箱12的底部上的360°固定的倾斜可变速度方位推进器组件，并且在一个优选实施例中，一对推进器组件位于右舷侧，一对在每个潜水箱12和14的左舷侧。该系统足以用于深度达10,000英尺的水里。

安装在平台30的主甲板64上的是一对绞盘66，每个前立柱20和24上一个(图4)。绞盘66设计用于夹持一定长度的缆绳以港湾碇泊。如果需要，对于一种8点预设系泊结构，绞盘数量可以增加到八个。

现在参照图6，可以看到推进器部件62连接于驱动电机装置68，该电机装置位于一个特别设置的推进器舱室70内。电机装置68可以是AC驱动或其他类似的装置。为了便于维护、安装和拆卸推进器62，在潜水箱12和14内成型有一个通道72。

通道72在推进器舱室70之间延伸，通道72在作业吃水深度32以上的一个高度处与平台30连通。推进器舱室70可以从上甲板64直接接近，或者可以使用一个起重机接近推进器舱室70。为了操作稳定性，船10使用了被压舱的潜水箱和沉箱。下部结构载荷通过立柱20-26分布。

沉箱20-26带有一个固定在存活吃水深度34的常规区域上的箱形漂浮附件74。通过仔细选择附件74的位置，可以使得船的存活条件最大。漂浮附件74的一个另外的好处是在作业吃水深度和存活吃水深度之间船的负载能力没有降低。

附件74提供了可变的负载能力和水面位移。附件74基本不会影响作业吃水深度处的水线面面积，因为它们的位置在作业吃水深度32下面。很重要的一点是，附件74并不延伸过沉箱20-26的平面部分，而是延伸到和底部潜水箱的外壁垂直对齐。

由于附件74的外边界不延伸过潜水箱外壁的垂直线，从而便于船10在干船坞处的构建。附件74的外壁宽度的外边界在立柱20-26的外凸角部60开始弯曲前终止。

船10提供一种设备用于在达10,000英尺的较深水里进行矿产勘探。船10配备一对起重机80、82，安装在起重机基架84上。钻探和生产操作以本领域技术人员公知的方式通过平台30进行。隔水管86(图5)存放在主甲板上，并且能够以高效、效能成本合算的方式发送到钻探台86上。

成型在潜水箱12和14内的隔箱除了容放盐水压舱物外，还用于容放泵，存放钻制用水、柴油和其他必要的材料。沉箱20-24还被划分开以容放下部船体和立柱机械隔箱的备用泥浆桶、盐水桶、压舱物桶、通风管道、通风源和回管。

海上作业的其他必要设备，例如污水处理装置、便携式水桶、储存罐可以放置在立柱20-24内的其他隔箱中。上部船体，或者平台30使用一个集成的箱式甲板结构来存放钻探和船舶通信业务设备、发电设施和液体泥浆、包装袋、和其他可变材料的储存装置以及设备。

设置有两个龙门起重机。其中一个龙门起重机90用于操作隔水管，同时另一个龙门起重机92设置在防喷装置上面用于分开存放区堆栈。该存放区还可以用于操作水下采油树。平台30上的住舱可以容纳必要数量的船员以进行矿产勘探和生产作业。

潜水箱和立柱的圆形角部使得不需努力保持船在钻探区上的一个选定位置处的位置。从而，需要更少的电能，使用更少的燃料，并且更加高效地进行矿产勘探和生产作业。船10不使用锚来保持在位，而是利用采用了方位推进器的动态定位系统以提高船的效率。

可以对本发明的设计进行多种改变和修改，而不脱离本发明的实质。因此，我们请求我们的关于本发明的权利仅由所附的权利要求书的范围来限定。

Claims (19)

1.一种半潜水船，包括：

一对潜水箱；

多个由所述潜水箱支撑的垂直延伸的立柱，所述潜水箱的上部承载一个用于进行海上作业的平台；以及

一对平行的水平拉杆，在每对所述潜水箱之间延伸，所述水平拉杆对中的一个位于前立柱之间，所述水平拉杆对中的另一个位于后立柱之间，所述拉杆抵抗因潜水箱横向弯曲而作用在所述立柱上的铺展力和扭曲力。

2.如权利要求1所述的船，其特征在于，每个所述水平拉杆被一个纵向隔板分成一对独立的不漏水的隔箱，从而当一个隔箱壁的结构完整性被损坏时保持船的操作稳定性。

3.如权利要求1所述的船，其特征在于，每个所述拉杆具有整体为椭圆形的横截面以减小每个所述拉杆上由波浪运动产生的尾倾作用力。

4.如权利要求1所述的船，还包括一个动态定位的位置保持装置，该装置连接于所述潜水箱用于将所述船保持在所希望的海上位置。

5.如权利要求4所述的船，其特征在于，所述位置保持装置包括多个独立控制的推进器组件。

6.如权利要求5所述的船，其特征在于，每个所述推进器组件包括一个安装在潜水箱下面的推进器以及一个位于潜水箱内并且操作上连接于所述推进器的驱动电机。

7.如权利要求5所述的船，其特征在于，在每个所述潜水箱内形成有一个通道，所述通道使得能够接近所述推进器组件，所述通道在船的作业吃水深度以上的一个高度处与所述平台连通。

8.如权利要求4所述的船，其特征在于，所述系泊装置包括多个独立运行的推进器组件，所述推进器组件邻近每个所述潜水箱的右舷和左舷侧成对地安装。

9.如权利要求1所述的船，其特征在于，每个所述立柱具有一个整体的竖直壁，所述壁设置有外凸的角部以便于位置保持和通过减小流体动力阻力将所述船保持在指定的海上位置。

10.如权利要求9所述的船，其特征在于，每个所述凸角部的半径至少是立柱宽度的四分之一。

11.如权利要求1所述的船，其特征在于，每个所述潜水箱包括一个具有一个船首部分的下部船体，所述船首部分具有弯曲的角部以减小因船上的水流作用力和移动速度引起的尾倾作用力。

12.一种半潜水船，包括：

一对平行的潜水箱；

多个由所述潜水箱支撑并且在每个所述潜水箱上成对布置的垂直延伸的沉箱，所述沉箱的上部承载一个用于进行海上作业的平台；

多个平行的水平拉杆，在立柱之间以横断于所述潜水箱的纵轴的方向延伸，所述水平拉杆中的一对位于前立柱之间，所述水平拉杆中的另一对位于后立柱之间，所述拉杆抵抗因所述潜水箱横向弯曲而作用在所述立柱上的铺展力和扭曲力；以及

一个位置保持装置，用于将所述船保持在所希望的海上位置，所述位置保持装置包括多个安装在所述潜水箱上的独立运行的推进器组件，所述推进器组件可以通过一个形成在每个所述潜水箱内的通道而接近，所述通道在船的作业吃水深度以上的一个高度处与所述平台连通。

13.如权利要求12所述的船，其特征在于，所述推进器组件沿每个所述潜水箱的右舷和左舷侧成对地安装。

14.如权利要求12所述的船，其特征在于，每个所述拉杆被一个纵向中心线隔板分成一对不漏水的隔箱，从而当一个隔箱壁的结构完整性被损坏时保持船的操作稳定性。

15.如权利要求12所述的船，其特征在于，每个所述拉杆具有整体为椭圆形的横截面以减小流体动力阻力。

16.如权利要求12所述的船，其特征在于，每个所述沉箱具有一个整体的外部竖直壁，所述壁设置有外凸的角部以便于减小作用在处于某个海上位置的所述船上的尾倾作用力。

17.如权利要求16所述的船，其特征在于，所述凸角部的半径至少是沉箱宽度的四分之一。

18.如权利要求12所述的船，其特征在于，每个所述潜水箱具有一个整体为矩形的横截面并带有外凸的角部以减小作用在处于某个海上位置的所述船上的尾倾作用力。

19.如权利要求18所述的船，其特征在于，所述凸角部的半径至少是每个所述潜水箱深度的四分之一，以减小来自水流流速的横向和水平的尾倾作用力。

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