CN100999247B - 桁架半潜近海浮动结构 - Google Patents

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Abstract

一种半潜结构。浮体包括由两浮筒支承的4条立柱。立柱支承干舷，而干舷结构框架用作立柱之间的水平框架。桁架框架固定在立柱上。桁架框架较佳地包括举升板。桁架框架在水中向下延伸到浮筒以下足够距离，从而使环境力量造成的运动尽量减少。浮体部分和桁架空间框架单独地分别建造，而在该结构用来钻探和/或生产的近海地点装配在一起。

Description

桁架半潜近海浮动结构
技术领域
本发明一般涉及浮动近海结构，并且更具体地涉及半潜近海浮动结构。
背景技术
半潜型浮动结构是一种具有支承干舷和支承在大型浮筒上的垂直立柱的浮动结构。该结构采用锚定在海底的分布系泊索保持定位。与其它诸如桅杆和张力腿平台(TLP)的浮动结构相比半潜结构具有独特的特征。其优点包括：由于巨大的底脚和干舷较低的重心，半潜结构具有良好的稳定性。浮体需要较少的钢铁重量。浮体可以是新建的或从现存的半钻台改装。半潜结构可包括钻探能力。由于浮筒中可用空间，半潜结构可支承大量柔性提升管或SCR(钢质悬索提升管)。干舷可以在码头区域集成，从而减少成本和节约调度时间。半潜结构具有相对短到中等的开发规划时间。最初投资相对较低。
与桅杆和TLP相比，半潜结构也具有一些缺点。最显著的是由于较浅吃水深度和较大浮筒而引起的较大举升运动。结果，该结构不适合于干树型提升管布置。在近海生产设施的使用寿命期内，干树型提升管布置在良好完成、检查和干预方面具有显著的经济效益。由于半潜结构大幅运动引起的另一问题是造成SCR更加容易疲劳损坏，这样对于SCR要求更加严格的疲劳设计，从而增加成本。对于具有大直径SCR超深水中的平台，解决这样的问题在技术和经济上几乎是不可能的。
工业部门曾经探讨克服半潜结构运动问题的理念一般可以归纳为以下两类。
第一类是深吃水半潜结构。其理念是将吃水的正常范围从60～80英尺增加到100～110英尺，使其龙骨处的波动减少，从而使结构较少运动。这使半潜结构方案在某些情况中使用成为可行，即由于难以对付SCR提升管的疲劳事故而不能选用半潜结构的情况。不过，与桅杆和TLP相比。举升运动仍相对较大。还有，干树型布置仍不可行。在较大吃水深度的半潜结构中部署的SCR通常仍需要加强以满足疲劳寿命的要求。
第二类是具有举升板的半潜结构。其基本概念是在龙骨处增加延伸吃水深度的举升板或浮筒。举升板或浮筒在制造船坞和运输过程中缩进。在浮体到达使用地点后，举升板或浮筒然后延伸或降下到较深的位置并锁定在该位置上。
已知的设计具有一些缺点。浮体必须是新建的，而不可能改装现存半潜结构的浮体。可延伸立柱占据过多甲板空间。在某些情况中可能达到总甲板面积的30％，这从上部设备布置观点而言是不现实的。立柱和甲板的连接是复杂的。这样的构造在安装中很难建造和充满风险，并且难以维护。传统半潜浮体对于提升管支承提供的较大浮筒面积优点在此因为折衷而降低。
发明内容
本发明解决传统工艺中的缺点。浮体包括由两浮筒支承的四条立柱。立柱支持干舷，而干舷结构框架用来作为立柱之间的水平框架。根据需要可以在立柱和干舷框架之间添加支撑。立柱上固定桁架空间框架。桁架空间框架较佳地包括举升板并且可能还有龙骨舱。桁架空间框架向下延伸到浮筒下面水柱中足够的距离，这样最大限度地减少风浪力量造成的运动，并且消除传统工艺的缺点。与干舷集成的浮体部分和桁架空间框架为单独地建造，而在近海用于钻探和/或生产的地点装配在一起。
作为本发明特性的各种新颖特征在所附权利要求特别指出，并形成本说明的一部分。为更好理解本发明和在其使用中获得的运行优点，可参照附图和形成本发明公告一部分的说明，其中阐明本发明的较佳实施例。
附图说明
在形成本说明书一部分的附图中，在图中显示的相同参考数字表示图中相似或相应零件。
图1为本发明侧视图。
图2为图1中数字2标示区域的放大细节图。
图3为图1中数字3标示区域的放大细节图。
图4为按照图1中本发明侧视图旋转90度的视图。
图5为按照图1中5-5线的本发明剖面图。
图6为按照图1中6-6线的本发明剖面图。
图7-9阐明现场中本发明总装配图。
图10阐明本发明的其它实施例。
具体实施方式
在图1和4中本发明一般用数字10表示。半潜浮动近海结构10一般由浮动的浮体12和桁架框架14组成。
浮体12包括用至少两个浮筒18支承在其下端的四条立柱16。干舷结构框架20用来作为立柱16之间的水平支撑。浮筒、立柱和干舷结构框架的总体构造、布置和组装一般众所周知。如果需要，图7中所见附加的支撑件42可以设置在浮体12上。为说明方便，支撑件42只在图7中显示。
传统半潜浮体设计可以在本发明中使用。
作为可替代实施例，在同一浮筒的两立柱之间可以设置更多立柱(未示)。这将导致各浮筒上3条或更多立柱。
桁架框架14为空间框架，较佳地具有恒常的截面。在桁架框架14中可以包括可调节的压载措施。可调节压载措施的一个例子是龙骨舱22的形式。当使用龙骨舱22时，结构在其压载运行状态中正常注满海水。如果设计需要，可以采用较重的泥浆材料作为固定压载。其它压载措施可包括在桁架框架14的腿部24中使用压载材料。
桁架框架14包括四条桁架腿24，它们用水平支撑件26(图5及6中可见)和X-支撑件28连接在一起。水平板20(举升板)固定在桁架框架14上，并且较佳地跨越桁架框架14的水平面。当水平板30定位在桁架框架14上任何垂直位置时，较佳地设置在各水平框架位置，除去在顶部框架位置。底部水平板30将包括龙骨舱22(当其包括在结构中时)。水平板30上设置通孔32，以便容许钻孔或生产使用的提升管34通过。不过，板30的实心部分较佳地延伸通过桁架框架14的整个宽度和长度，并且其尺寸较佳地使其延伸在桁架腿24外面，如在图1和4中所见。板30延伸在桁架腿24外面可以增加其控制结构10举升运动的有效性。虽然图中显示一定数量的水平板30，应该理解可以采用一块或多块板，如图10中另外方案所示，也可能无水平板。
水平板30在框架中各板之间形成隔间，在波浪造成的运动中可以有效地在各板之间阻拦一定数量的海水。被阻拦的海水增加结构的有效质量，从而减少由于环境力量通常造成的结构的运动。浮体可以用与传统半潜相同方法制造，其中干舷在船坞码头区域集成。桁架框架可以用传统护套在船坞中同样的方法制造。
安装以下列方式进行。
带有集成干舷的浮体12可以在水上拖到近海现场，并且用与传统FPS(浮动、生产储存结构)的安装同样方式连接到系泊绳索44，以便使结构安全地固定而可以抵御风暴。桁架框架14可以在任何适当的船舶(诸如材料驳船或下水驳船)上运输到近海现场。
桁架框架然后用适当的手段(诸如举升、下水或飘浮)放置在水中。一旦入水，桁架框架14被竖立并压载到桁架腿24的顶部高出水线的位置。
如在图7中可见，桁架框架14用任何适当手段(诸如拖轮和/或浮体上的绞车)被拖拉到浮体12下面。桁架腿24的顶端36与套管38和连接器40对准。
如在图8中可见，桁架框架然后卸去压载水，使腿部24的顶端36通过套管38而与连接器40接触。这在图2和3中放大细节图清晰可见。
腿部24的顶端36采用任何适当手段(诸如焊接)刚性地固定在连接器40上。在套管38上可以采用夹子(未示)以便在焊接完成以前使腿部24坚固地夹持在要求的位置上。一旦完成对于连接器40的焊接，较佳地对套管38和腿部24灌浆，以便增加浮体12和桁架框架14之间的连接牢固程度。
如在图9中可见，整个结构然后压载到其正常运行吃水深度。在正常运行吃水深度下，桁架框架从浮体在水中向下延伸足够距离，使水平板有效地阻拦海水，从而如以上描述减少整个结构的运动。
图10阐明本发明另一实施例，其中不采用水平板。如果桁架框架14需要可调节的压载装置，可以在腿部24中设置。
本发明与传统工艺相比具有几个优点。可以采用已知和经过验证的建造技术和设备，而不需要试验开发特殊技术。
传统半潜结构一般已知优点仍可保留而增加降低运动和优良稳定性的优点。
本发明因为降低运动而可以容许使用干树型提升管布置。
立柱16的间隔距离和桁架框架14中隔层数目可以如此配置，使半潜结构10在流体动力方面的行为相似于传统半潜结构或桁架桅杆。
浮体和桁架框架可以在不同地点制造，这样在制造和运输规划方面有更大的方便。
举升板的数目和位置高度可以设计成适合不同的环境条件。
龙骨舱的设计可以带有或不带有固定的压载以便适应不同的环境条件。
桁架框架的重量并不增加浮体浮性要求，因其代替在传统已知工艺中浮筒使用的压载重量。
半潜浮体和桁架框架在近海工业中均为成熟和已经被接受的结构。
利用浮动方法连接两个结构是一种在近海工业成熟和已经被接受的安装方法。
这样的结构在拖到选定的地点以后利用简单相反的安装过程就可以方便地退役。
这样的结构既可以适应钻探要求又可以生产操作。
虽然以上本发明已经显示和描述特定实施例的细节而阐明本发明原理的应用，应该理解本发明可以如权利要求所更加完全描述的方式予以实施，或者如本行业熟练人士所知在不偏离这些原理前提下进行。

Claims (9)

1.一种半潜浮动近海结构，包括：
a.浮体，所述浮体包括多条立柱，其下端由至少两个浮筒支承，和与立柱上端连接在一起的干舷结构框架，所述立柱限定一位于所述干舷结构框架下方的空间，所述至少两个浮筒位于所述空间的相对两侧上；
b.桁架框架，所述桁架框架在所述空间内且在所述干舷结构框架下方延伸，所述桁架框架包括多条桁架腿，所述桁架腿刚性地固定在位于所述空间内的所述浮体的所述立柱上，所述桁架框架高于所述浮体的高度，并在所述浮筒下方延伸；以及
c.固定在所述桁架框架上的多个垂直间隔的水平举升板，每个举升板位于所述至少两个浮筒的下方，并具有多个通孔，以便容许从所述干舷结构框架来以及到所述干舷结构框架去的所述提升管从中通过，每个举升板具有延伸穿过所述桁架腿之间的所述桁架框架的整个宽度和长度的实心部分，每个举升板的尺寸被构成为延伸在所述桁架腿之外，所述举升板形成用于在由波浪造成的所述半潜浮动近海结构的运动中在所述举升板之间阻力海水的隔间，以便增加所述半潜浮动近海结构的有效质量，从而减少所述半潜浮动近海结构的运动。
2.如权利要求1所述的半潜浮动近海结构，其特征在于，还包括在所述桁架框架上的可调节压载装置。
3.如权利要求2所述的半潜浮动近海结构，其特征在于，所述可调节压载装置包括龙骨舱。
4.一种半潜浮动近海结构，包括：
a.浮体，所述浮体包括多条立柱，其下端由至少两个浮筒支承，和与立柱上端连接在一起的干舷结构框架，所述立柱限定一位于所述干舷结构框架下方的空间，所述至少两个浮筒位于所述空间的相对两侧上；
b.桁架框架，所述桁架框架在所述空间内且在所述干舷结构框架下方延伸，所述桁架框架包括多条桁架腿，所述桁架腿刚性地固定在位于所述空间内的所述浮体的所述立柱上，所述桁架框架高于所述浮体的高度，并在所述浮筒下方延伸；
c.固定在所述桁架框架上的多个垂直间隔的水平举升板，每个举升板位于所述至少两个浮筒的下方，并具有多个通孔，以便容许从所述干舷结构框架来以及到所述干舷结构框架去的所述提升管从中通过，每个举升板具有延伸穿过所述桁架腿之间的所述桁架框架的整个宽度和长度的实心部分，所述举升板形成用于在由波浪造成的所述半潜浮动近海结构的运动中在所述举升板之间阻力海水的隔间，以便增加所述半潜浮动近海结构的有效质量，从而减少所述半潜浮动近海结构的运动；以及
d.可调节压载装置，所述可调节压载装置包括在所述桁架框架上。
5.如权利要求4所述的半潜浮动近海结构，其特征在于，所述可调节压载装置包括龙骨舱。
6.一种半潜浮动近海结构，包括：
a.浮体，所述浮体包括多条立柱，其下端由至少两个浮筒支承，和与立柱上端连接在一起的干舷结构框架，所述立柱限定一位于所述干舷结构框架下方的空间，所述至少两个浮筒位于所述空间的相对两侧上；
b.桁架框架，所述桁架框架在所述空间内且在所述干舷结构框架下方延伸，所述桁架框架包括多条桁架腿，所述桁架腿刚性地固定在位于所述空间内的所述浮体的所述立柱上，所述桁架框架高于所述浮体的高度，并在所述浮筒下方延伸；
c.固定在所述桁架框架上的多个垂直间隔的水平举升板，每个举升板位于所述至少两个浮筒的下方，并具有多个通孔，以便容许从所述干舷结构框架来以及到所述干舷结构框架去的所述提升管从中通过，每个举升板具有延伸穿过所述桁架腿之间的所述桁架框架的整个宽度和长度的实心部分，所述举升板形成用于在由波浪造成的所述半潜浮动近海结构的运动中在所述举升板之间阻力海水的隔间，以便增加所述半潜浮动近海结构的有效质量，从而减少所述半潜浮动近海结构的运动；以及
d.包括在所述近海结构上的、以便调节所述近海结构的压载的装置。
7.如权利要求6所述的半潜浮动近海结构，其特征在于，所述可调节压载的装置包括龙骨舱。
8.一种将近海设备固定在一起的方法，包括下列步骤：
a.将浮动近海结构浮动到一位置，以使所述浮动近海结构的主要部分高出水线；
b.将桁架框架浮动到靠近所述浮动近海结构的位置，以使所述桁架框架的一部分高于水线，所述桁架框架具有至少一个水平举升板，所述举升板延伸穿过所述桁架框架的整个宽度和长度；
c.将所述桁架框架移动到所述浮动近海结构下方，且使所述桁架框架与所述浮动近海结构垂直对准；
d.调节所述桁架框架或所述浮动近海结构中的至少一个的压载，以造成所述桁架框架与所述浮动近海结构相接触；以及
e.将所述桁架框架与所述浮动近海结构刚性地固定在一起。
9.一种半潜浮动近海结构，包括：
a.浮体，所述浮体包括多条立柱，其下端由位于海水中使浮体和干舷组合稳定所需的最小深度处的至少两个浮筒支承且无需临时的浮力辅助，和与立柱上端连接在一起的干舷结构框架，所述立柱限定一位于所述干舷结构框架下方的空间，所述至少两个浮筒位于所述空间的相对两侧上；
b.桁架框架，所述桁架框架在所述空间内且在所述干舷结构框架下方延伸，所述桁架框架包括多条桁架腿，所述桁架腿刚性地固定在位于所述空间内的所述浮体的所述立柱上，所述桁架框架高于所述浮体的高度，并在所述浮筒下方延伸；以及
c.固定在所述桁架框架上的多个垂直间隔的水平举升板，每个举升板具有延伸穿过所述桁架腿之间的所述桁架框架的整个宽度和长度的实心部分，所述举升板形成用于在由波浪造成的所述半潜浮动近海结构的运动中在所述举升板之间阻力海水的隔间，以便增加所述半潜浮动近海结构的有效质量，从而减少所述半潜浮动近海结构的运动。
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