CN101400568A - 系泊系统 - Google Patents

Abstract

布置在水域中用于系泊多个水面或半潜船舶或平台的系泊系统，具有设计为类似网状物结构并布置在水域中基本成水平的面上的人工海底网格。人工海底网格包括连接到所述船舶或平台的装置，并且使用锚泊部件机械的联接到海底。

Description

系泊系统

技术领域

本发明总体涉及用于系泊例如位于海上的浮动船舶、平台或钻井架这样的浮动结构的系统和方法。

本发明特别涉及一种用于可拆卸的系泊一个或多个钻井架、平台或其他浮动船舶的系泊系统，其作为在海上地点的更大型安装工程的一部分。

背景技术

系泊系统是已知的现有技术。WO 97/29943中，描述了一种系泊系统，其包括一具有星状的系船索，用于系泊单条船舶或系泊两条或多条彼此相对应的船舶。在WO 97/29943里描述的系泊系统具有一系船索，所述系船索由多个围绕中心系泊位置间隔布置的锚连接形成。所述系统包括连接到不相邻锚标上并与另外的船舶可连接的连接绳索，所述系统还包括可与另外的船舶连接的系泊绳索，用于把船舶保持在系船索上。每条系泊绳索包括锚(相邻锚连接上的)、锚索、锚标和船舶绳索。可替换的是，WO 97/29943里描述的系统包括彼此连接的两个系船索，从而提供彼此相对应的两条船舶的紧密有效的系泊。

美国专利No.4342277示出了一种用于在深水或浅水区锚定很多相互连接的系泊浮体的系统。该系统包括位于浮体下面的后张紧缆绳的网格和多条在网格与浮体的附加固定设备部分之间延伸的锚索。

美国专利No.5704307示出了一种绷腿船首系泊系统，其包括一位于海底的锚。一提升绳索固定在锚上并从锚向上延伸，一潜入水中的浮筒固定在从锚伸出的提升绳索的端部。

上述所有提到的现有技术方案的局限性在于即使船舶可以以可拆卸的方式连接到系泊系统，所有系泊结构仍旧依赖于向上延伸到海面的部件，在系泊系统被定位后，固定的位于海面或海面附近。

在WO 97/29943的系泊系统里，平台构成系泊网格的整体部分，意味着如果移动平台，系泊网格将会至少部分塌陷并改变很多结构部件的形状和位置。因此上述系泊网格不允许在不失去形态结构的情况下拆除所有的水面组件。一方面，保持在水面的系统部件可能形成不理想的阻碍。另一方面在一个水面部件也需要拆除的系统中，系泊系统改变了形状和位置，因此使恢复其期望作业变的困难。

在US4342277中公开的用于浮动系泊的锚泊系统需要几个在海面上的浮筒来保持完整性。如果这些水面浮筒被拆除，锚系统将会沉入海底并且很难重新装配到原始的形状。

因此需要一种更灵活的系泊系统，来提高水面船舶或类似结构的系泊的可预见性，并使得当没有水面船舶或类似结构连接到系泊系统时减少阻碍或限制。

优选的，这样的系泊系统应该可并通过这样的方式在各种深度系泊多个平台或船舶，即：系泊能够经受住通常在这样的水域内这种系统上所产生的作用力。

在一些情形下，系泊系统应该能让从浅水到深水的多个平台或船舶基本系泊在彼此相对固定的位置，并不会在系统的任何部分产生额外的应力。

因此本发明的目的是提供一种系泊系统，其允许提高水面平台或船舶移动的自由度，同时在考虑到海底地形和深度的情况下能可靠的把船舶或平台系泊于系泊点或其附近的某个位置。

发明内容

为了实现前述目的，本发明一方面提供一种布置于水域内用于系泊多个水面或半潜船舶或平台的系泊系统，其中人工海底网格被设计成网状物结构并布置于水域的基本水平平面上。所述人工海底网格包括连接到所述船舶或平台的装置，并且用锚泊部件机械联接到海底。

根据本发明的系泊系统的一个优选实施方式，所述网状物结构包括任何数量的大致为矩形的分段，并相邻布置。

在具有大致为矩形的分段的系泊网格的一优选实施方式中，所述分段由四个细长的系泊网格构件限定。

根据本发明的系泊系统的一个优选实施方式，所述人工海底网格包括第二连接装置。所述第二连接装置可选的连接到至少一个局部系泊绳索构件上，由此所述局部系泊绳索构件被保持在相对于所述系泊网格基本固定的位置上。

根据本发明的系泊系统的又一个优选实施方式，所述海底锚泊部件包括第三连接装置。所述第三连接装置可连接到基本上水平布置的人工海底网格上，由此所述系泊网格被锚定到海底。

本发明的第二方面是要提供一种用于海上多个水面或半潜船舶或平台的系泊的系泊系统，所述系统包括多个局部系泊绳索构件，每个局部系泊绳索构件包括被可选的连接到所述船舶或平台的第一连接装置。所述系泊系统的特征在于其包括以基本水平的方式布置于水域中的人工海底网格。所述人工海底网格也包括第二连接装置，并可选的连接到至少一个局部系泊绳索构件上，由此一个局部系泊绳索构件被保持在相对于所述系泊网格基本固定的位置上。所述系泊网格利用锚泊部件锚定到海底。

根据本发明第二个方面的系泊系统的优选实施方式，海底锚泊部件包括第三连接装置。所述第三连接装置可连接到基本水平布置的人工海底，由此所述海底网格被锚定到海底。

根据本发明第二方面的系泊系统的又一个优选实施方式，所述第三连接装置包括锚索部件，所述锚索部件具有两个端部，所述锚索部件的第一端部可连接到所述锚泊部件而所述锚索部件的第二端部可连接到所述人工海底网格。

根据本发明第二方面的系泊系统的再一个优选实施方式，所述人工海底网格被布置成一个或多个大致为矩形形状的网格分段，其中每个网格分段由四个连接的系泊网格构件构成。

本发明的第三方面提出了一种用于系泊海上的水面或半潜船舶或平台的方法，该方法包括把人工海底网格锚定到海底的步骤，由此在所述人工海底网格设置了多个用于船舶或平台的系泊部位。此外至少一个船舶或平台被机械联接或连接到至少一个所述系泊部位。

附图说明

附图1A-1B示出了根据用于容纳多个平台的本发明的系泊系统的一个优选实施方式，其中人工海底网格上的对角线绳索构件使用从平台垂直往下延伸到对角线绳索构件上的局部系泊绳索连接到平台上。

附图2A-2B示出了根据本发明附图1A-1B的系泊系统的一种形式，其中基本上水平的辅助绳索连接每个平台中局部系泊绳索的相邻端。

附图3A-3B示出了根据本发明的系泊系统的一个优选实施方式，其中基本上水平布置的绳索构件相互连接以限定基本上水平布置的人工海底网格的矩形分段，并且局部系泊绳索连接在人工海底网格的这种矩形分段的角上。

附图4A-4B示出了根据本发明的系泊系统的另一个优选实施方式，其中基本上水平布置的绳索构件相互连接，以限定基本上水平布置的人工海底网格的矩形分段，其中每条局部系泊绳索的一端连接到平台上部的角上，例如上甲板，并且另一端连接到限定其中一个所述矩形分段的一条边的绳索上。

附图5A-5B示出了根据本发明的系泊系统的另一个优选实施方式，其中人工海底网格包括一矩形分段的网格，其中一个平台被系泊到三三布局的矩形分段中的一部分内位于中间矩形中的矩形分段上。

附图6示出了人工海底网格到海底的锚定，其中锚索部件从基本上水平的主网格向下延伸到海底的锚泊部件。

附图7示出了人工海底网格的端部，其示出浮动形式的浮标的端部系泊单元如何链接到海床的锚泊部件上。

具体实施方式

附图1A和1B示出了根据本发明用于系泊海上的水面或半潜船舶或平台1的系泊系统的一个优选实施方式。本说明书上下文中，术语海意指包括海洋环境和内陆盐水或淡水湖或海湾环境。附图1A示出了系泊系统中系泊点的全部设备，而附图1B示出了附图1A中系泊系统的一部分，虽然此处采用平台这个术语，但是平台可以等同于任何浮动结构，例如船舶、波能船、钻井架或钻探平台这样的自持式结构或更大的安装工程的一部分，其安装或试图安装在海上环境或海上场所，例如有关于海底下面的油气层勘探，或有关于任何其他在水下环境的类似活动，不论在海上还是内陆。系泊绳索构件2的一端利用第一连接装置3可连接地、优选以可拆除的方式连接到船舶或平台，通常是连接到平台的下甲板上。所述第一连接装置3可以例如是钩环和眼孔的配合形式，至少其中一个连接到平台。任何本领域普通技术人员可以理解，钩环和眼孔组合可以有多种不同的结构。取决于稳定性要求，所述系泊绳索构件2可以以某种结构可拆除的连接到平台或钻井架的另一层甲板上，或平台上任何适于系泊钻井架或船舶的位置。这里描述的可连接到船舶或平台的系泊绳索构件2被称为局部系泊绳索构件2，表示它们相对于船舶或平台1是局部的。可替换的，所述系泊绳索构件2可以被替换为基本上垂直布置的系泊绳索，其第一端可连接到人工海底网格4上而第二端部分可连接到类似于船舶或平台的结构。

在另一端，平台或船舶相反的一端，系泊绳索构件或系泊绳索可使用第二连接装置5连接到人工海底网格4。所述第二连接装置5适合于可拆除的把局部系泊绳索构件2的一端连接到人工海底网格4。所述第二连接装置5例如可以是适当尺寸的钩环和眼孔的配合形式。

关于局部系泊绳索构件2，可有两种选择。一种选择是当连接到系泊系统时，平台或船舶提供或装有一套局部系泊绳索构件2。在这种选择方案里，当船舶或平台大体在直立位置时，局部系泊绳索构件2被降低到海里。当局部系泊绳索构件2的较低端到达人工海底网格4的基本上呈水平的绳索的深度时，局部系泊绳索构件2使用合适的联接装置，例如钩环和眼孔的组合，在连接点处机械联接到人工海底网格。

人工海底网格4包括位于水域20中成网状布置的多条相互连接的绳索或钢索。人工海底网格4通常适于形成一基本上水平的主网格，所述主网格包括多条绳索或钢索，其形成与海面平行的基本上水平的面上的大致成矩形的分段的网格，当平台或其他产生浮力的结构连接到主网格时，从而把网格拉住或保持在水中正常的位置。理论上，所述主网格适于布置在靠近或几乎接近海底。当没有浮力结构连接到主网格时，主网格通常会沉到海底，因而对在海面移动的水面船舶或水面钻井架产生最小的阻碍。

所述第二连接装置5确保局部系泊绳索构件2的一端布置在相对于系泊网格4基本上固定的位置。在图1A和1B所示的本发明具体实施方式中，局部系泊绳索构件2以基本垂直的方式布置于水中。此外，人工海底网格4大体以矩形形状布置，其中每条锚索部件9连接于基本呈矩形的人工海底网格部分的一个对应角上。所述人工海底网格包括在人工海底网格4的基本上呈矩形形状部分的相对角之间延伸的对角线绳索。局部系泊绳索构件2或系泊绳索在沿人工海底网格的对角线绳索的某个位置上可能以可拆除的方式连接到人工海底网格4上。因此第二连接装置也可以是与局部系泊绳索构件2末端一体的部分，与系泊网格4一体的部分，或两者都是。

海底锚泊部件6安置在海底8的里面或上面，采用第三连接装置7，可以是锚索部件9，可能以可拆除的方式连接到人工海底网格4。第一连接装置3可以例如是钩环和眼孔的配合形式。此外，第三连接装置7适用于把人工海底网格4连接到海底锚索部件6。如果第三连接装置7包括锚索部件9，所述锚索部件9的一端将会连接到人工海底网格4，而相反的一端将被连接到海底锚泊部件6。

第三连接装置7可以认为是和系泊网格4一体的部分，和海底锚泊部件6一体的部分，和锚索部件9一体的部分，或上述的组合。

附图2A和2B示出了根据本发明的系泊系统的一个可替换的实施方式，其中附加辅助水平绳索或部件16连接于一对相邻的第二连接装置5之间，因而形成基本上水平的人工海底网格4的附加支持部件。与附图1A和1B一样，附图2A显示了设有连接于所有系泊位置的平台的完整系泊系统，而附图2B示出了附图2A中系泊系统的一部分。

附图3A和3B示出了根据本发明用于系泊海上的水面或半潜船舶或平台的系泊系统的再一个可替换的实施方式。再一次，如附图1A和1B一样，附图3A显示了设有连接于所有系泊位置的平台的完整系泊系统，而附图3B示出了附图3A中系泊系统的一部分。

在这个示例中，人工海底网格4也以大致为矩形分段的形状基本上水平的布置在水里。在局部系泊绳索部件2和锚索部件9都以可拆除的方式连接在人工海底网格4的大致为矩形的分段的每个角上。因此第二连接装置5和第三连接装置7两者都至少部分位于人工海底网格4的角上，并且可以组合成布置在人工海底网格4的每个角上的单个连接装置。在本发明的各种实施方式中，人工海底网格的绳索、局部系泊绳索和锚索可以是尼龙绳的类型，其他类型的绳索对于人和本领域普通技术人员来说是可以想到的，目前由DSM Dyneema提供的高韧性纤维是一种选择。发明者已经发现尼龙绳的弹性为整个系泊结构提供了良好的稳定性。

附图4A和4B示出了根据本发明用于系泊海上的水面或半潜船舶或平台的系泊系统的再一个可替换的实施方式。再一次，如附图1A和1B一样，附图4A显示了设有连接于所有系泊位置的平台的完整系泊系统，而附图4B示出了附图4A中系泊系统的一部分。在这个实施方式中，人工海底网格4包括第一组以在一个方向上均匀隔开的方式布置的平行绳索和第二组以在另一个方向上均匀隔开的方式布置的平行绳索。优选的，第二组绳索垂直于第一组绳索，这样构成了网格里的一组矩形分段，一个方向的绳索与另一个方向的绳索交错的地方构成了矩形分段的角。在这个实施方式中，局部系泊绳索2连接到矩形分段的相邻两个角之间的某处，优选的大概在绳索的两个相邻交叉点的中间。用这种方式，平台或船舶可被大致放置在两条正交绳索的交叉点的正上方，同时四条一组的局部系泊绳索2被连接到平台上，从平台沿不同的方向延伸并连接到连接于由网格组成的矩形的两个角之间的绳索。

本发明示出的各种实施方式揭示了系泊系统的结构，其中局部系泊绳索部件2有效的阻止平台或船舶1漂离，也就是平台被保持在预定的空间里，同时仍然允许平台或船舶1的一阶移动。

如附图1A、1B、2A、2B、3A、3C、4A、4B所示的本发明的实施方式中，人工海底网格4的每个网格分段具有有效的一个平台或船舶1。由于平台或船舶1占据的海面空间比每个网格分段的表面积小，平台或船舶1可以设置为在平台或船舶1之间确保足够的安全距离。

在一个可替换的具体实施方式中，可以保证平台或船舶之间的更大安全距离。在附图5A和5B所示的根据本发明的系泊系统的一个可替换的实施方式中，人工海底网格4被布置成大致为矩形分段的网格，其中绳索以这样的方式沿矩形分段的每组对角线布置：每个矩形分段被分割成四个三角形的子分段。

每个相邻分段的3×3组合限定一个平台或船舶的连接点，其中平台或船舶可以连接到每个3×3组合的角或中心分段。当平台或船舶1连接到3×3组装的分段的中心分段的同时，剩余分段是自由的，就是说他们没有平台或船舶与之连接，平台或船舶1从自由分段获得间隔。

附图6示出了人工海底网格4的每个大致为矩形的分段如何使用至少一个锚索部件9n，m以可拆除的方式连接到至少一个海底锚泊部件6n，m(n，m＝1，2，3，或4)，例如连接到分段的每个角。取决于地面条件，用来把系泊系统固定到海底的海底锚6n，m可以是吸力锚、混凝土锚或几种锚类型的组合。如美国专利申请号No.2005201835提到的，使用密闭的沉箱、桩和重力地基(巨大压载填充的平板状钢结构或加强混凝土结构)作为海底锚或地基是已知的。然而，当海底的土壤条件允许时，锚和地基结构优选埋入海底，或者是通过中空锚的内部排空把其竖直安置在海底上，其开口端搁置在海底上，也可以通过机械驱动锚入海底，例如使用振动机械装置或反复使用锤子(“打桩”技术)。在很深的海中由于海地土壤条件通常是软的因此优选使用中空锚。

人工海底网格4可以描述成基本上水平面布置的网状物结构，实践中，这个水平面基本上与海面基本平行的设置在水面下的某个特定深度。网状物由第一组在一个方向上平行布置的细长的主网格部件14n和第二组同样也被平行布置的细长的主网格部件15n交错而构成，第一和第二组主网格部件布置在基本上同一个水平面中。通常主网格部件可能以可拆除的方式相互连接在交叉点上。在网状物的边上，主网格部件向网状物外延伸出一定距离并且继续向外向下伸向海底锚，或者一直向外向下延伸到海底锚的位置。即使图示的是一定的理想条件，其中海底是近乎平坦的，该系统也适于在不规则的海底的地方使用，例如，在横跨人工海底网格4区域的不同深度。这种情况下，为了适应不同深度，绳索的长度必须针对每个锚泊部件6单独调整。

根据本发明的人工海底网格4成为系泊系统的一部分使得把多个平台/船舶/钻井架/钻井台1连接到同一个人工海底网格4上变的可能。使人工海底网格4的矩形分段具有合适的尺寸并且避免占用人工海底网格4的全部矩形分段，当系统被安装在海上地点后允许在任何时候，置换任何连接在人工海底网格4上的平台/船舶/钻井架/钻井台变为可能。人工海底网格4确保每个单独的平台/钻井架1被保持在一个位置并且保持与其他平台/钻井架1的位置的安全距离。

附图1A、1B、2A、2B、3A、3C、4A、4B示出了终端系泊网格部件12如何从人工海底网格4的主要部分向外延伸。附图7示出了终端系泊网格部件12如何延伸出并连接到终端系泊单元10和终端系泊锚11。终端系泊网格部件12通常是绳索或链。终端系泊网格部件12通常经由终端单元连接绳索13连接到终端系泊单元10。

附图7示出了使用浮力平台或船舶作为终端系泊单元10的典型终端系泊结构。作为替换，终端系泊单元可以是安装在海底的塔结构或支撑框架。每个终端系泊单元10经由终端单元连接绳索13以可拆除的方式连接到终端系泊网格部件12。

更详细的，使用四条终端单元连接绳索13将每个终端系泊单元10连接到终端系泊网格部件12，每条绳索13一端连接到平台1，另一端连接到终端系泊网格部件12。终端系泊网格部件12一端连接到可以是传统类型的锚11，同时另一端连接到人工海底网格4。锚11的选择和设计依赖于当地海床的条件并通常在为特定的地点做详细设计的过程中被确定。

优选的，终端系泊单元10可以是浮筒或海下塔状物的形式，但也可以是具备一定浮力的半潜单元的形式。

终端系泊单元或平台10确保整个系泊系统被保持在位置上。终端系泊单元10也确保主网格的水平力以可控的方式传递到海床。

根据本发明的系泊系统的结构，在很大程度上，静态力和准静态力以平衡的方式被传递到网格边的锚上并经由绳索和/或链传递到海底锚。发明者做的模拟已经显示这种结构系统的平台/钻井架之间的相对运动在很大程度上是脱开的，因而减小了瞬间负载的风险。

根据本发明的系泊系统为平台、钻井架或类似结构提供了多个相邻并且类似的连接位置。连接位置，即锚定的位置，通过人工海底网格的布置预先确定。因此，根据本发明的系泊系统为操作者提供了在多个不同的位置定位平台的可能，其中在每个位置连接以基本上相同的方式进行。通过这种方式当系泊系统布置完后也可以避免使用多种不同类型的锚。

通过提供合适长度的局部系泊绳索部件2和锚索部件9，根据本发明的系泊系统可以和它的人工海底网格一起被布置在海底和海面之间的任何深度。

进一步，根据本发明的系泊系统特别好的适于定位多个具有由波力驱动的发电机的动力平台。在这种动力系统中，特别有利于移除任何数量的平台，例如为了维修的目的，同时保持水面的船舶或结构移动的最适宜的自由度。

本发明适用于海上油气勘探和相关安装工程领域内的应用。然而，本发明也能用于安全地布置多个海上基地浮动风车，或同样很好的用于固定海上的养鱼场安装工程。

Claims (10)

1、布置在水域中用于系泊多个水面或半潜船舶或平台(1)的系泊系统，其特征在于：被设计成类似网状物结构的人工海底网格(4)被布置在水域(20)中基本成水平的面上，所述人工海底网格包括连接到所述船舶或平台的装置(2，3)，并且

-所述人工海底网格(4)使用锚泊部件(9，6)被机械的联接到海底(8)。

2、如权利要求1的系泊系统，其中所述类似网状物结构(4)包括任何数量的大致为矩形的、相连布置的分段(4N)。

3、如权利要求2的系泊网格，其中所述分段(4N)由四条细长的系泊网格部件(14N，15N)限定。

4、如权利要求1的系泊系统，其中人工海底网格(4)包括第二连接装置(5)，所述第二连接装置选择性的连接到至少一个局部系泊绳索部件(2)，由此所述局部系泊绳索部件被保持在相对于所述系泊网格(4)基本固定的位置上。

5、如前面任何一项权利要求的系泊系统，其中所述海底锚泊部件(6)包括第三连接装置(7)，所述第三连接装置可连接到基本上水平布置的人工海底网格(4)上，由此所述系泊网格(4)被锚定到海底(8)。

6、用于系泊多个海上的水面或半潜船舶或平台(1)的系泊系统，包括：多个局部系泊绳索部件(2)，每个系泊绳索部件(2)包括第一连接装置(3)，所述第一连接装置选择性的连接到所述船舶或平台(1)，其特征在于：人工海底网格(4)以基本成水平的方式布置在水域(20)中，所述人工海底网格(4)包括第二连接装置(5)，所述第二连接装置(5)选择性的连接到至少其中一个所述局部系泊绳索部件(2)，由此所述其中一个局部系泊绳索部件(2)被保持在相对于所述人工海底网格(4)基本固定的位置上，并且所述系泊网格(4)使用锚泊部件(6)可被锚定到海底。

7、如权利要求6的系泊系统，其中所述海底锚泊部件(6)包括第三连接装置(7)，所述第三连接装置可连接到基本上水平布置的人工海底网格(4)，由此所述系泊网格(4)被锚定到海底(8)。

8、如权利要求6的系泊系统，其中所述第三连接装置(7)包括锚索部件(9)，所述锚索部件(9)有两个端部，所述锚索部件的第一端部可连接到所述锚泊部件(6)，而所述锚索部件的第二端部可连接到所述人工海底网格(4)。

9、如权利要求6的系泊系统，其中所述人工海底网格(4)被布置为一个或多个大致为矩形形状的网格分段(4N)，其中每个网格分段(4N)由四条连接系泊网格部件(14N，15N)构成。

10、系泊海上的水面或半潜船舶或平台(1)的方法，包括如下步骤：把人工海底网格(4)锚定到海底，该人工海底网格设置多个用于船舶或平台的系泊部位，并且

-把至少一个船舶或平台(1)机械的联接到至少一个所述系泊部位。

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