CN101657351B - 浮筒平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浮筒平台，其包括：甲板；浮罐组件，该浮罐组件包括连接到该甲板的第一浮力部分，该第一浮力部分包括0.001到1的长宽比，该第一浮力部分的长宽比被限定为第一浮力部分的竖直吃水深度除以第一浮力部分的直径；设置在第一浮力部分下方的第二浮力部分，该第二浮力部分包括0.001到2的长宽比，该第二浮力部分的长宽比被限定为第二浮力部分的竖直高度除以第二浮力部分的直径；和刚性的浮力部分间隔结构，该结构以在第一和第二浮力部分之间设置水平延伸的竖直间隙的方式连接第一和第二浮力部分，该间隙包括0.15到2的长宽比，该间隙的长宽比被限定为间隙的竖直高度除以第一浮力部分的直径；配重；和连接配重与浮罐组件的配重间隔结构。

Description

浮筒平台

技术领域

本发明总的涉及浮筒(spar)结构。尤其是，本发明涉及一种优化用于减少拽力和/或涡旋致振动的浮筒结构。

背景技术

致力于在不断更深水域中经济地开发海上油田和天然气田产生了许多独特的工程挑战。其中一个挑战是提供合适的表面可达的结构。浮筒提供了满足这些挑战的具有前景的解决方案。浮筒设计提供抗升沉的浮动结构，其特征在于细长的、竖直设置的壳体。最为常见的是该壳体是圆柱形的，在顶部为浮式而在底部带有压载物(ballast)。该壳体可通过立管、系绳和/或系缆锚固到海床。

虽然能抗升沉，但浮筒不能避免严酷的海上环境的影响。在出现经过水流(passingcurrent)的情况下，壳体的典型单柱型式特别易受VIM问题的影响。这些水流引起涡旋从壳体侧面流出，导致产生振动，这类振动可能阻碍正常钻探和/或生产操作并且造成锚定元件或其他关键结构元件失效。

已经使用或者提出使用螺旋状列板和套罩(shroud)来用于这种应用从而减少涡旋致振动。列板和套罩在理论上能有效作用而与水流相对于海中元件的方位无关，然而，实践已经证明，在列板末端附近可能出现无效的“空白部分”。但是套罩和列板显著地增加了这种大型海中元件上的拽力。

美国专利US6,227,137公开了一种包括由浮罐组件支撑的甲板的浮筒平台，该浮罐组件具有连接到该甲板的第一浮力部分、设置在第一浮力部分下方的第二浮力部分；和浮力部分间隔结构，该结构以在两个浮力部分之间设置水平延伸的竖直间隙的方式连接第一和第二浮力部分。配重通过配重间隔结构连接到该浮罐组件。美国专利6,227,137在此全文引用以供参考。

本领域需要一种适用于保护浮筒型海上结构的壳体的低拽力VIM降低系统。

发明内容

一方面，本发明涉及一种浮筒平台，包括：甲板；浮罐组件，包括连接到该甲板的第一浮力部分，该第一浮力部分包括0.001到1的长宽比，该第一浮力部分长宽比被限定为第一浮力部分的竖直吃水深度除以第一浮力部分的直径；设置在第一浮力部分下方的第二浮力部分，该第二浮力部分包括0.001到2的长宽比，该第二浮力部分长宽比被限定为第二浮力部分的竖直高度除以第二浮力部分的直径；和刚性的浮力部分间隔结构，该结构以在第一和第二浮力部分之间设置水平延伸的竖直间隙的方式连接第一和第二浮力部分，该间隙包括0.15到2的长宽比，该间隙的长宽比被限定为间隙的竖直高度除以第一浮力部分的直径；配重；和连接配重与浮罐组件的配重间隔结构。

另一方面，本发明涉及一种用来减少浮筒平台中涡旋致振动的方法，该浮筒平台包括甲板、大体为圆柱形的浮罐组件、配重和配重间隔结构，该方法包括通过在吃水线下方在浮罐组件中设置一个或多个基本上敞开的水平延伸的竖直间隙来减少该浮筒平台的长宽比。

因此，根据本发明，提供了一种浮筒平台，包括：甲板；浮罐组件，所述浮罐组件包括：连接到该甲板的第一部分，其中该第一部分为包括0.001到1的长宽比的浮力部分，该长宽比被限定为第一部分的竖直吃水深度除以第一部分的直径；位于第一部分下方的第二部分，其中该第二部分为包括0.001到2的长宽比的浮力部分，该第二部分的长宽比被限定为第二部分的竖直高度除以第二部分的直径；和第一间隔结构，其中该第一间隔结构为刚性的浮力或非浮力部分间隔结构，该刚性的浮力或非浮力部分间隔结构以在第一部分和第二部分之间设置水平延伸的竖直第一间隙的方式连接第一部分和第二部分，该第一间隙包括0.15到2的长宽比，该第一间隙的长宽比被限定为第一间隙的竖直高度除以第一部分的直径；

配重；和

第二间隔结构，其中该第二间隔结构为配重间隔结构，连接该配重与该浮罐组件，该浮罐组件进一步包括：

位于第一部分和第二部分下方的第三部分，其中该第三部分为包括0.001到2的长宽比的浮力或非浮力部分，该第三部分的长宽比被限定为第三部分的竖直高度除以第三部分的直径；和

第三间隔结构，其中该第三间隔结构为刚性的浮力或非浮力部分间隔结构，该第三间隔结构以在第二部分和第三部分之间设置水平延伸的竖直第二间隙的方式连接第二部分和第三部分，该第二间隙包括0.15到2的长宽比，该第二间隙的长宽比被限定为第二间隙的竖直高度除以第二部分的直径。

可选地，所述浮筒平台进一步包括一锚定系统。

可选地，该锚定系统包括多个系缆。

可选地，竖直延伸的敞开月池通过第一部分而形成。

可选地，所述浮筒平台进一步包括：一个或多个经由月池通到甲板的输入立管；和一个或多个经由月池通到甲板的输出立管。

可选地，该月池进一步通过第二部分、第二间隔结构和配重而形成。

可选地，所述浮筒平台进一步包括多个经由该月池的全长向上延伸到甲板的竖直延伸生产立管。

可选地，第一部分和第二部分是封闭的圆柱形元件并且该浮筒平台进一步包括多个向上延伸到甲板、向外延伸到第一部分和第二部分的立管。

可选地，该第二间隔结构是一圆柱体。

可选地，第一部分和第二部分是同轴且竖直对准的圆柱形元件。

可选地，第一部分和第二部分具有基本相等的直径。

可选地，第一部分包括0.1到0.75的长宽比。

可选地，第一部分包括0.2到0.5的长宽比。

可选地，第二部分包括0.2到1.5的长宽比。

可选地，第二部分包括0.4到1.0的长宽比。

可选地，该第一间隙包括0.2到1.0的长宽比。

可选地，该第一间隙包括0.3到0.8的长宽比。

可选地，第一部分的直径是第二部分直径的50％到200％。

可选地，第一部分的直径是第二部分直径的75％到150％。

可选地，所述浮筒平台进一步包括通过该甲板支撑的钻探设备。

可选地，所述浮筒平台进一步包括通过该甲板支撑的生产设备。

可选地，该第二间隔结构包括桁架。

可选地，第三部分包括0.2到1.5的长宽比。

可选地，第三部分包括0.4到1.0的长宽比。

可选地，第二间隙包括0.2到1.0的长宽比。

可选地，第二间隙包括0.3到0.8的长宽比。

本发明的优点包括以下所述的一个或多个：

浮筒结构具有改进的VIM抑制效果；

浮筒结构具有优化长宽比构造；

浮筒结构具有两个或多个带有优化长宽比构造的浮力部分；

浮筒结构设计为破坏浮力部分周围的水流的相关性；

浮筒结构设计为减少浮力部分上的拽力；和/或

浮筒结构设计为使经过一个或多个间隙的水流最大化。

根据随后说明和附带的权利要求，本发明的其他方面和/或点将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明带有间隔浮筒的浮筒平台的一个实施例的侧面正视图。

图2是沿图1中线2-2截取的图1中浮筒平台的横截面视图。

图3是沿图1中线3-3截取的图1中浮筒平台的横截面视图。

图4是沿图2中线4-4截取的、配置在图1中浮筒平台中的本发明的横截面视图。

图5是使用本发明实施例的立管系统的示意性描述的横截面视图。

图6是配置在本发明实施例中的立管系统的侧面正视图。

图7是本发明实施例中基本上敞开的井架的侧面正视图。

图8A和8B是根据本发明实施例的浮筒的侧面正视图。

图9是根据本发明实施例的浮筒的侧面正视图。

图10是根据本发明实施例的浮筒的侧面正视图。

图11是根据本发明实施例的浮筒的侧面正视图。

图12是传统浮筒和根据本发明实施例的浮筒的涡旋致振动的比较图。

具体实施方式

一方面，这里所公开的实施例涉及用于海上石油开发的浮筒。尤其是，这里所公开的实施例涉及用于减少涡旋致运动的浮筒设计。

图1图示了根据这里所公开的实施例的浮筒10。浮筒是广义的一类漂浮的锚泊海上结构，其特征在于它们能抗升沉运动并且具有细长的、竖直定向的壳体14，该壳体在顶部是浮式的-这里表示为浮罐组件15，而在底部是被压住的-这里表示为配重18。浮筒进一步特征在于该竖直定向的壳体通过中间或配重间隔结构20(例如桁架)与顶部分开。

浮筒可配置为多种适合于预定目的的尺寸和构造，所述预定目的包括单独钻探、钻探和生产或者单独生产。图1-4图示了钻探和生产用浮筒，但本领域技术人员可以根据这里所公开的实施例容易地将适当的浮筒构造改为单独用于钻探或生产操作以及其他海上活动，例如海上碳氢化合物储层的开发。

在图1和2所示的实施例中，浮筒10利用壳体14支撑甲板12，壳体14具有多个间隔的浮力部分，这里显示为具有第一或上部浮力部分14A和第二或下部浮力部分14B。这些浮力部分通过浮力部分间隔结构28分开从而在相邻的浮力部分之间提供基本上敞开的水平延伸的竖直间隙30。在一个实施例中，圆柱形壳体14可被分为在吃水线下方直径具有突然变化的部分。在这里，相邻的浮力部分具有不相同的直径并且将浮罐组件15分成由阶梯过渡部11在一个基本水平的平面中分开的两个部分。

在这个实施例中，配重18设置在浮筒的底部，并且该配重通过配重间隔结构20与浮力部分相隔。配重18可以包括许多构造，例如圆柱形、六边形、正方形等等，只要几何形状容许连接至配重间隔结构20就行。在所示实施例中，配重是矩形的并且通过基本上敞开的桁架结构20A提供配重间隔结构20。

如图所示，系缆19将位于井位上方的浮筒平台10固定在海床22处(见图5)。在这个实施例中，系缆19是成束的(见图3)并且提供既有张紧式又有悬链式系缆的特征，其中浮标包括在系泊系统(未示出)中。系缆19末端为其位于锚定系统(例如固定在海底中的桩子(未示出))处的下端。系缆19的上端可通过滑靴、滑轮等向上延伸至甲板12上的绞盘设备，或者系缆19可在离开壳体14处更永久性地附接至浮罐组件15的底部或者附接至配重18上或者附接至间隔结构20上。

浮筒型结构的基本特征在于抗升沉。然而，通常细长的圆柱形壳体元件，不管是“经典的”浮筒的单个沉箱(caisson)还是桁架型浮筒的浮罐组件15，在存在经过水流的情况下都非常易受涡旋致运动(“VIM”)和/或涡旋致振动(“VIV”)的影响。这些水流造成涡旋从壳体14侧面流出，导致产生振动和/或横向位移/运动，这类振动和/或横向位移/运动可能阻碍正常钻探和/或生产操作并且造成立管、系缆连接件或其他关键结构元件失效。过早的疲劳损坏是一个尤其关注的问题。

先前在抑制浮筒壳体中VIV和/或VIM方面的努力集中在列板和套罩上。然而，这些努力都趋向于制造具有高拽力系数、使壳体更易受漂流影响的结构。这引起锚定系统中所需的坚固性的明显增加。此外，对于以下结构而言，这是一笔很大的费用，这些结构可能包括多个从海面附近延伸到海床并且对于超过大约半英里的水深通常要考虑使用的元件。通常，浮筒结构在重型的自动推进干货运输船上被从制造工场运离。为了实现这点，被称为腹部列板的最靠近船甲板的列板部分被卸下并且在从运输船浮起之后被安装在浮筒上。浮起操作使用码头区深孔来提供足够的船体吃水，并且腹部列板安装使用有效的临时码头区系泊装置、施工起重设备和施工人员和设备。然后可将浮筒湿拖至其安装位置。在这里所公开的一些实施例中，可以避免使用列板和上述的其他操作，其允许浮筒在传统的拖曳式导管架下水驳船上被运输，并且直接从同一船被下到最终安装地点，与深水固定导管架下水方式类似。这种结构的下水对大型导管架式是平常的，但是由于需要在码头区安装腹部列板而不能对浮筒实施。在这里所公开的一些实施例中，为了节省大量成本和通过省去码头区腹部列板的项目安装阶段增加进度，浮筒可以直接下到海上。在这里所公开的实施例中，浮筒可从传统的下水驳船或重型的自动推进干货运输船和浮起操作进行运载和/或下水。

这里所公开的实施例通过提供两个或多个浮力部分的优化长宽比构造减少了来自水流的VIM和/或VIV，而不管其冲击角度如何。在某些实施例中，利用直径的突变来分开浮筒中的圆柱形元件可很大程度地破坏组合的圆柱形元件周围的流动的相关性，因此抑制对浮筒壳体的VIM作用。此外，沿圆柱形壳体的长度以选定间距水平延伸的一个或多个竖直间隙30可以帮助减少水流对浮筒壳体14的拽力效应。

生产立管34A将海底的油井或歧管(未示出)连接到甲板12处的表面完井装置从而为从海底储层生产碳氢化合物提供流路。在这里立管34A延伸穿过图2和3的横截面视图所示的内部或中心月池38(图4)。

浮筒平台的特征在于抵抗但不能消除升沉和俯仰运动。此外，对环境外力的其他动力学响应也有助于立管34A和浮筒平台10之间的相对运动。立管的能够适应这种相对运动的有效支撑是关键的，因为净压缩载荷会使立管弯曲并且使立管内部用来将井产流体引导至表面所需的路径毁坏。类似地，来自无补偿的直接支撑的过大张力会严重损坏立管。图5和6图示了根据这里所公开的实施例的深水立管系统40，该系统可支撑立管而无需能起作用的运动补偿立管张紧系统。

图5是根据这里所公开的实施例构造的深水立管系统40的横截面示意图。在该浮筒结构中，生产立管34A在浮罐管42内同心地延伸。一个或多个对中器44可被用来确保这种定位。在这里，对中器44被固定在浮罐管42的下边缘并设有呈弹性材料的柔性接头形式的载荷转移连接器46，该连接器能承载轴向载荷但是传递一些弯曲变形。因此，防止立管34A受到极端的弯曲运动，所述弯曲运动可能产生于浮筒10底部处的固定立管至浮筒连接装置处。在这个实施例中，浮罐管42的底部以另外的方式通向大海。

然而，浮罐管42的顶部可以设有上部密封件48和载荷转移连接器50。在这个实施例中，密封和载荷转移功能是分开的，分别由可膨胀型封隔器48A和十字叉架(spider)50A提供。然而，这些功能可以结合到吊架/衬垫组件上或以其他方式提供。立管34A穿过密封件48和连接器50伸到邻近未示出的生产设备的采油树52。这些与同样未示出的柔性管道连接。在这个实施例中，上部载荷转移连接器承担比下部载荷转移连接器46更小的轴向载荷，下部载荷转移连接器承载位于其下方的生产立管的载荷。相比较而言，上部载荷连接器仅仅承载浮筒长度上的立管载荷，这仅仅是增加通过围绕在立管周围的同心浮罐管42提供给生产立管的立管侧向支撑所需要的。除了浮罐42或代替浮罐42，立管还可由顶部张紧装置支撑。

现在参考图6，在一个实施例中，这里由硬质罐54提供的外部浮罐可设置在具有较大直径的浮罐管42的外周周围从而提供足够的浮力以至少使未加载的浮罐管浮起。在某些应用中，希望的是硬质罐54或其他形式的外部浮罐在整个立管支撑方面提供某些冗余。

另外，通过存在于密封件48下方、位于浮罐管42和立管34A之间的环形空间58中的气体56(例如空气或氮气)为浮罐组件41提供承载浮力。加压系统60提供气体并使水从浮罐管42的底部流出从而在该立管系统中建立承载浮力。

载荷转移连接器46和50提供从浮罐组件41到立管34A的相对固定的支撑。立管导向结构62处能适应浮筒10和相连的立管/浮力组件之间的相对运动，该立管导向结构包括位于立管导向管64中的耐磨衬套。磨损界面位于导向管和大直径浮罐管之间，从而保护立管34A。

图6是根据这里所述的实施例的、部分横截的浮筒10中的深水立管系统40的侧视图，该浮筒具有由间隙30分开的、两个直径不相同的浮力部分14A和14B。配重18设在浮筒的底部，通过基本上敞开的桁架结构20A与浮力部分间隔。

较小直径的生产立管34A穿过较大直径的浮罐管42延伸。硬质罐54附装在浮罐管42周围并且注入环形空间58中的气体将浮罐管42中的水/气体界面66推动到浮罐组件41下方。

如图所示，浮罐组件41穿过多个立管导向件62被滑动地容纳。立管导向结构为每个深水立管系统40提供导向管64，所有深水立管系统在连接到浮筒的壳体14的结构框架中相互连接。此外，在某些实施例中，可在这种水平处提供相当大密度的结构导管框架从而将用于整个立管阵列的立管导向件62锚系到浮筒壳体上。此外，立管导向结构可以包括横穿月池38的板68。

导管构架和/或水平板68的密度可以抑制浮筒的升沉。此外，由该水平结构撞击的截留水量可用于另外地调节浮筒的动力学，包括在限定谐波和惯性响应方面。然而这种实际上的质量只需设有最小量的钢且不会明显增加浮筒的浮力要求。

横穿带有间隔浮力部分的浮筒的月池38的水平障碍物也可以通过阻塞动力波压沿月池38经过间隙30来改进动力学响应。也可使用导管导向框架、水平板或其他水平碰撞结构11(图7中)的其他放置水平，无论是否横穿月池38、横穿基本上敞开的桁架结构20A、作为从浮筒向外突出的突出部、或者甚至作为分别为上部和下部浮力部分14A和14B的具有相对尺寸的部件。见图7。

此外，竖直撞击表面(例如增加位于敞开桁架结构20A的不同限制水平处的竖直板69)可以同样地利用有效截留质量增强浮筒的俯仰动力学。在有限的基础上，这种竖直板可在桁架20A的外周闭合，可在桁架内部交叉或按照另一种多方向结构形式来构造。

返回图6，本实施例的另一种可选特征是没有邻近间隙30的硬质罐54。在这种浮筒设计中的间隙30也有助于控制圆柱形浮力部分14上的VIM和/或VIV，其通过利用两个或多个间隔的浮力部分14A和14B分担长宽比(吃水深度与直径之比)来实现，这两个或多个浮力部分具有相似的体积和例如上部浮力部分直径的大约5％到15％(例如10％)的间隔。间隙有利地减少了浮筒上的拽力，无论水流方向如何均是如此。长宽比和间隙设计允许水流在间隙处经过浮筒，因此减少由于水流造成的浮筒的VIM和/或VIV。因此，在该间隙处多个深水立管系统的外径减少会便于水流经过浮筒间隙。

间隙30的另一个好处在于它允许输入和输出钢制悬链式立管(未示出)经过，这些立管在下部浮力部分14B外部安装于柔性接头容座(未示出)中。图1-4更详细地示出了悬链式立管系统。间隙30提供了将立管悬在浮筒壳体外部的优势和便利性，而且提供了使得悬链式立管系统靠近水位线16位于月池内部的保护，在该处碰撞损坏表现出最大的危险，并且还提供了便于有效处理设备的管线的集中。输入和输出立管70可通过位于其主要载荷连接器上方的支座和夹具固定到浮筒上。在该连接器下方，立管以已知的方式利用至少一个悬链式部分落入海底，其与竖直进入生产立管34A相比更容易接收在表面处的竖直运动。

在单独由硬质罐54支撑(没有环形浮力装置的加压源)的情况下，未密封且顶部开口的浮罐管42可在传统的固定平台上起到很像井导管的作用。因此，浮罐管42的大直径容许以下设备通过，例如为钻探做准备的紧凑型防沉板和导向漏斗、带有用于钻探的整体回接套管接头的钻探立管、带有连接盒的表面套管、紧凑型水下采油树或其它阀组件、用于修井作业的紧凑型系缆润滑器等等、以及生产立管及其回接套管接头。这些其他的工具在工作期间通常是由井架、门式起重机等等支撑的，生产立管本身在安装操作期间也是如此。

在生产立管34运行(带有附装的对中器44)并与井接通之后，可建立密封，环形空间被充满气体并排空海水，并且当已被排压舱水的浮罐组件升起且位于组件41顶部和底部的载荷传递连接器接合以支撑立管34A时，生产立管的负载被转移到浮罐组件41。

现在参考图8-11，显示了根据在此公开的实施例的浮筒设计，其具有预定长宽比和在壳体的至少两个浮力部分之间水平延伸的竖直间隙。在此公开的实施例提供一种浮筒结构，通过至少为该浮筒配置具有小长宽比的上部浮力部分来增加在海洋水流中的浮筒稳定性。这样，可将海洋水流迫在上部或第一浮力部分下方并经过位于第一浮力部分和第二浮力部分之间的间隙。因此，浮筒在海洋水流中的VIM和/或VIV可以减少。

如上所述，长宽比可被限定为吃水深度d与壳体的浮力部分的直径Φ的比值。这里所用的术语吃水深度指的是在承受既定载荷时船只浸没的深度。因此，吃水深度可被称为船只浸没的竖直高度。本领域普通技术人员将会理解，图8-11是示例性实施例，未显示的其他实施例可以落入本发明的范围内。

现在参考图8A，浮筒100包括壳体102，该壳体包括第一和第二浮力部分104、106和在第一及第二浮力部分104、106之间水平延伸的竖直间隙108。浮筒100在其底部利用配重110压载，该配重可通过配重间隔结构112与顶部分离。配重110可以包括许多构型，例如圆柱形、六边形、正方形等等，只要几何形状允许连接至配重间隔结构112就行。在所示实施例中，配重是矩形的并且通过基本上敞开的桁架结构112A提供配重间隔结构112。

如图所示，第一浮力部分104是部分浸没的并且具有吃水深度d₁和直径Φ₁。因此，第一浮力部分104的长宽比AR₁可如下确定：

${\mathrm{AR}}_1=\frac{d_1}{{\mathrm{\φ}}_1}---\left(1\right)$

第一浮力部分104可具有小长宽比。第一浮力部分104的长宽比AR₁可以是0.5或更小，或者说第一浮力部分104的直径是第一浮力部分104的吃水深度或浸没的竖直高度的至少两倍。第一浮力部分104的长宽比AR₁可以是大约0.2到大约0.5，例如大约是0.4。

第一浮力部分104的小长宽比AR₁将流体(即水流)迫到第一浮力部分104下方并经过水平延伸的竖直间隙108，而不是在第一浮力部分104的四周。因此，第一浮力部分104的小长宽比AR₁可以为浮筒100提供在水流中的更大的稳定性。因此，第一浮力部分104的小长宽比AR₁可以减小由于水流造成的浮筒的VIM和/或VIV。另外，第一浮力部分104的小长宽比AR₁可以减少或不需要位于第一浮力部分104外表面上的列板。

仍旧参考图8A，第二浮力部分106是完全淹没的并具有吃水深度d₂和直径Φ₂。因此，第二浮力部分106的长宽比AR₂可如下确定：

${\mathrm{AR}}_2=\frac{d_2}{{\mathrm{\φ}}_2}---\left(2\right)$

第二浮力部分106的长宽比AR₂可大概是第一浮力部分104的长宽比AR₁的两倍。第二浮力部分106的长宽比AR₂可以是1.0或更小，或者第二浮力部分的直径可以是至少与吃水深度相同的值，或者在目前第二浮力部分106完全浸没的情况下，其直径至少等于第二浮力部分106的竖直高度。第二浮力部分106的长宽比AR₂可以是大约0.4到大约1.0，或者大约是0.8。

如图8A所示，第一和第二浮力部分104、106是通过基本上敞开的水平延伸的竖直间隙108分开的。至少一个浮力部分间隔结构114在第一和第二浮力部分104、106之间提供连接和刚性。在一个实施例中，可在第一和第二浮力部分104、106之间设置四个浮力部分间隔结构114。在备选实施例中，浮力部分间隔结构114可以包括基本上敞开的桁架结构114A，如图8B所示。浮力部分间隔结构114可由任意结构梁或本领域中已知的其他材料制成以使得该浮力部分间隔结构114承受浮力部分和浮筒的重量以及水流的压力。例如，浮力部分间隔结构114可以包括结构钢梁。本领域普通技术人员将会理解，在不脱离在此公开的实施例的范围下，可以改变浮力部分间隔结构114的数量和形状，以使得浮力部分间隔结构114基本上没有阻碍水流经过水平延伸的竖直间隙108流动。

在一个实施例中，水平延伸的竖直间隙108的竖直高度h_g可被确定为第一浮力部分104的直径Φ₁的函数。例如，水平延伸的竖直间隙108的竖直高度h_g可至少是第一浮力部分104的直径Φ₁的20％，例如在第一浮力部分104的直径Φ₁的大约30％到大约80％之间，或者是第一浮力部分104的直径Φ₁的大约30％。因此，如果第一浮力部分104的直径Φ₁等于30米，那么在一个实施例中，水平延伸的竖直间隙108的竖直高度h_g可大约是9米。

现在参考图9，所示的浮筒200具有壳体202，包括第一、第二和第三部分204、206、220；以及在第一和第二浮力部分204、206之间水平延伸的竖直间隙208；和在第二与第三部分206、220之间的竖直间隙222。如图所示，浮筒200在其底部通过经由中间或配重间隔机构212与顶部分离的配重210进行压载。正如以上讨论的那样，配重210可以包括许多构型，例如圆柱形、六边形、正方形等等，只要几何形状允许连接至配重间隔结构212就行。在所示实施例中，配重210是矩形的并且配重间隔结构212是通过至少一个竖直框架构件提供的。本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用其他的配重间隔结构212，例如基本上敞开的桁架结构(见图8中的112A)。第三部分220可以是浮力或非浮力罐，例如充满空气或水的罐。

正如以上根据公式1和2所讨论的，并如图9所示，第一浮力部分204可具有小长宽比AR₁，第二浮力部分206的长宽比AR₂可以大概是第一浮力部分204的长宽比AR₁的两倍。另外，第三部分220具有等于吃水深度d₃除以直径Φ₃的长宽比AR₃。在一个实施例中，第三部分220的长宽比AR₃可以是第二浮力部分206的长宽比AR₂的大约100％到大约200％。在另一个实施例中，第三部分220的长宽比AR₃可以是第一浮力部分204长宽比AR₁的大约100％到大约400％，例如大约是200％。第三部分220的长宽比AR₃可以与第二浮力部分206的长宽比AR₂近似相同。本领域普通技术人员将会理解，包括多于三个浮力部分的其他实施例也落入本发明的范围内。在这些实施例中，后续的浮力部分(即下部浮力部分)可以具有与前一个浮力部分(即直接位于上方的浮力部分)的长宽比近似相同或更大的长宽比，例如大约100％到大约200％。

现在参考图10，显示的浮筒300包括第一和第二浮力部分304、306以及水平延伸的竖直间隙308。在这个实施例中，第一和第二浮力部分304、306具有不同的直径。因此，浮筒300包括位于第一和第二浮力部分304、306之间的壳体302的基本水平的平面中的阶梯过渡部311。本领域普通技术人员将会理解，阶梯过渡部311可以位于任意相邻的浮力部分之间。例如，在一个实施例中，阶梯过渡部可以形成在第一和第二浮力部分304、306之间，第二和第三部分(未示出)之间，或者既形成在第一和第二浮力部分又形成在第二和第三部分(未示出)之间。

在如图10所示的一个实施例中，第一浮力部分304可以具有比第二浮力部分306的直径Φ₂小的直径Φ₁。在如图11所示的其它实施例中，第一浮力部分404可以具有比第二浮力部分406的直径Φ₂大的直径Φ₁。因此，在图11所示的实施例中，阶梯过渡部411形成在位于第一和第二浮力部分404、406之间的壳体402的基本水平的平面中。本领域普通技术人员将会理解，第一和第二浮力部分404、406(图10中为304、306)的直径Φ₁、Φ₂可以改变，例如第一浮力部分404的长宽比AR₁是0.5或更小而第二浮力部分406的长宽比AR₂是1.0或更小。因此，第二浮力部分406的长宽比AR₂可以大概是第一浮力部分404的长宽比AR₁的两倍。

在图10中，第一浮力部分304的直径Φ₁可为第二浮力部分306的直径Φ₂的大约50％到大约100％，例如大约60％到大约90％，或者大约70％到大约80％。

在图11中，第一浮力部分404的直径Φ₁可为第二浮力部分406的直径Φ₂的大约100％到大约200％，例如大约120％到大约180％，或者大约130％到大约150％。

示例性实施例

在一个实施例中，公开了一种浮筒平台，包括：甲板；浮罐组件，包括连接到该甲板的第一浮力部分，该第一浮力部分包括从0.001到1的长宽比，该第一浮力部分的长宽比被限定为第一浮力部分的竖直吃水深度除以第一浮力部分的直径；位于第一浮力部分下方的第二浮力部分，该第二浮力部分包括从0.001到2的长宽比，该第二浮力部分的长宽比被限定为第二浮力部分的竖直高度除以第二浮力部分的直径；和刚性的浮力部分间隔结构，该结构以在第一和第二浮力部分之间设置水平延伸的竖直间隙的方式连接第一和第二浮力部分，该间隙包括0.15到2的长宽比，该间隙的长宽比被限定为间隙的竖直高度除以第一浮力部分的直径；配重；和连接配重与浮罐组件的配重间隔结构。在某些实施例中，浮筒平台还包括锚定系统。在某些实施例中，锚定系统包括多个系缆。在某些实施例中，竖直延伸的敞开月池通过第一浮力部分而形成。在某些实施例中，浮筒平台还包括一个或多个经由月池通到甲板的输入立管；和一个或多个经由月池通到甲板的输出立管。在某些实施例中，月池被进一步通过第二浮力部分、配重间隔结构和配重而形成。在某些实施例中，浮筒平台还包括多个竖直延伸的生产立管，其延伸通过月池的全长向上延伸到甲板。在某些实施例中，第一和第二浮力部分为封闭的圆柱形元件并且浮筒平台进一步包括多个向上延伸到甲板、向外延伸到第一和第二浮力部件的立管。在某些实施例中，配重间隔结构为圆柱体。在某些实施例中，第一和第二浮力部分是同轴且竖直对准的圆柱形元件。在某些实施例中，第一和第二浮力部分具有基本相等的直径。在某些实施例中，第一浮力部分包括0.1到0.75.的长宽比。在某些实施例中，第一浮力部分包括0.2到0.5的长宽比。在某些实施例中，第二浮力部分包括0.2到1.5的长宽比。在某些实施例中，第二浮力部分包括0.4到1.0的长宽比。在某些实施例中，间隙包括0.2到1.0的长宽比。在某些实施例中，间隙包括0.3到0.8的长宽比。在某些实施例中，第一浮力部分直径是第二浮力部分直径的50％到200％。在某些实施例中，第一浮力部分直径是第二浮力部分直径的75％到150％。在某些实施例中，浮筒平台还包括通过甲板支撑的钻探设备。在某些实施例中，浮筒平台还包括通过甲板支撑的生产设备。在某些实施例中，配重间隔结构包括桁架。在某些实施例中，浮筒平台还包括位于第一和第二浮力部分下方的第三浮力部分，该第三浮力部分包括0.001到2的长宽比，该第三浮力部分的长宽比被限定为第三浮力部分的竖直高度除以第三浮力部分的直径；和第二刚性的浮力部分间隔结构，该结构以在第二和第三浮力部分之间设置第二水平延伸的竖直间隙的方式连接第二和第三浮力部分，该第二间隙包括0.15到2的长宽比，该间隙的长宽比被限定为间隙的竖直高度除以第二浮力部分的直径。在某些实施例中，第三浮力部分包括0.2到1.5的长宽比。在某些实施例中，第三浮力部分包括0.4到1.0的长宽比。在某些实施例中，第二间隙包括0.2到1.0的长宽比。在某些实施例中，第二间隙包括0.3到0.8的长宽比。

在一个实施例中，公开了用来减少浮筒平台中涡旋致振动的方法，该浮筒平台包括甲板、大体为圆柱形的浮罐组件、配重和配重间隔结构，该方法包括通过在吃水线下方在浮罐组件中设置一个或多个基本上敞开的水平延伸的竖直间隙来减少该浮筒平台的长宽比。在某些实施例中，该方法还包括将间隙的高度的尺寸设限定为浮罐组件直径的15％到200％。

实例

进行了实验以确定位于水流中的浮筒的VIM响应，其中该浮筒具有一个或多个小长宽比浮力部分。以不同速度在水中拖曳裸圆柱体，即没有列板的圆柱体，该圆柱体具有浮筒的硬质罐的典型长宽比和比例模型，根据这里所述的实施例构造，以及测量响应运动。这些测试的结果总结在图12中，其中测试圆柱体的振幅(A)与直径(D)的比值与换算速度Vr或者水流速度的换算速度相比(非量纲化)。例如，换算速度Vr可以如下计算：

Vr＝水流速度＊摇摆固有周期/浮筒直径

在实验中，带有浮筒硬质罐典型长宽比的裸圆柱体产生非常高的VIM振幅。如图12所示，没有列板的传统浮筒可产生高达浮筒直径120％的VIM振幅。与此相反，构造有至少一个具有小长宽比的浮力部分的浮筒产生的振幅总体上比没有列板的传统浮筒小的多。

有利地，这里所公开的实施例提供一种能够减少浮筒对海洋水流的响应的浮筒结构。也就是说，这里所公开的实施例提供一种能够减少浮筒的由于海洋水流产生的VIM和/或VIV的浮筒结构。另外，这里所公开的实施例提供一种能够改善浮筒在海洋流水中性能的小长宽比的浮筒结构。此外，在这里所公开的实施例中，由于小长宽比的浮筒结构，不需要螺旋状列板。

虽然以上根据有限的实施例描述了本发明，得益于本公开内容，本领域技术人员将会理解，可以设计其他实施例而不脱离这里所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应仅仅通过附加的权利要求来限定。

Claims (26)

1.一种浮筒平台，包括：

甲板；

浮罐组件，所述浮罐组件包括：

连接到该甲板的第一部分，其中该第一部分为包括0.001到1的长宽比的浮力部分，该长宽比被限定为第一部分的竖直吃水深度除以第一部分的直径；

位于第一部分下方的第二部分，其中该第二部分为包括0.001到2的长宽比的浮力部分，该第二部分的长宽比被限定为第二部分的竖直高度除以第二部分的直径；和

第一间隔结构，其中该第一间隔结构为刚性的浮力或非浮力部分间隔结构，该刚性的浮力或非浮力部分间隔结构以在第一部分和第二部分之间设置水平延伸的竖直第一间隙的方式连接第一部分和第二部分，该第一间隙包括0.15到2的长宽比，该第一间隙的长宽比被限定为第一间隙的竖直高度除以第一部分的直径；

配重；和

第二间隔结构，其中该第二间隔结构为配重间隔结构，连接该配重与该浮罐组件，该浮罐组件进一步包括：

位于第一部分和第二部分下方的第三部分，其中该第三部分为包括0.001到2的长宽比的浮力或非浮力部分，该第三部分的长宽比被限定为第三部分的竖直高度除以第三部分的直径；和

第三间隔结构，其中该第三间隔结构为刚性的浮力或非浮力部分间隔结构，该第三间隔结构以在第二部分和第三部分之间设置水平延伸的竖直第二间隙的方式连接第二部分和第三部分，该第二间隙包括0.15到2的长宽比，该第二间隙的长宽比被限定为第二间隙的竖直高度除以第二部分的直径。

2.如权利要求1所述的浮筒平台，进一步包括一锚定系统。

3.如权利要求2所述的浮筒平台，其特征在于该锚定系统包括多个系缆。

4.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于竖直延伸的敞开月池通过第一部分而形成。

5.如权利要求4所述的浮筒平台，进一步包括：

一个或多个经由月池通到甲板的输入立管；和

一个或多个经由月池通到甲板的输出立管。

6.如权利要求5所述的浮筒平台，其特征在于该月池进一步通过第二部分、第二间隔结构和配重而形成。

7.如权利要求6所述的浮筒平台，进一步包括多个经由该月池的全长向上延伸到甲板的竖直延伸生产立管。

8.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分和第二部分是封闭的圆柱形元件并且该浮筒平台进一步包括多个向上延伸到甲板、向外延伸到第一部分和第二部分的立管。

9.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于该第二间隔结构是一圆柱体。

10.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分和第二部分是同轴且竖直对准的圆柱形元件。

11.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分和第二部分具有基本相等的直径。

12.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分包括0.1到0.75的长宽比。

13.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分包括0.2到0.5的长宽比。

14.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第二部分包括0.2到1.5的长宽比。

15.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第二部分包括0.4到1.0的长宽比。

16.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于该第一间隙包括0.2到1.0的长宽比。

17.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于该第一间隙包括0.3到0.8的长宽比。

18.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分的直径是第二部分直径的50％到200％。

19.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于第一部分的直径是第二部分直径的75％到150％。

20.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，进一步包括通过该甲板支撑的钻探设备。

21.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，进一步包括通过该甲板支撑的生产设备。

22.如权利要求1-3中任一项所述的浮筒平台，其特征在于该第二间隔结构包括桁架。

23.如权利要求1所述的浮筒平台，其特征在于第三部分包括0.2到1.5的长宽比。

24.如权利要求1所述的浮筒平台，其特征在于第三部分包括0.4到1.0的长宽比。

25.如权利要求1所述的浮筒平台，其特征在于第二间隙包括0.2到1.0的长宽比。

26.如权利要求1所述的浮筒平台，其特征在于第二间隙包括0.3到0.8的长宽比。