CN101772450A - 升降式支撑船只及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种升降支撑船只包括：具有船体外周的船体(103)，其中所述船体外周具有船头(150)、中心部分、船尾(142)、船头和中心部分之间的船头倾斜部分、船尾和中心部分之间的船尾倾斜部分，其中船尾沿垂直轴线比船头更宽，船头和船尾的深度是中心部分深度的至少一半；活动地附接到所述船体的至少两个后自升式支架(133，136，139)；活动地附接到所述船体的至少一个前自升式支架；连接到每个自升式支架的动力自升机构，其用于相对于船体在升起和降下位置之间升起和降下每个自升式支架；附连到船尾下侧的至少两个后全向推进器(124，127)；以及，附连到船头下侧的至少一个前全向推进器(130)。

Description

升降式支撑船只及其方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2007年3月30日提交的美国临时专利申请No.60/921,034和2008年2月22日提交的美国临时专利申请No.61/030,815的权益。
技术领域
本发明涉及改进的海上船只，具体涉及用于油田或气田作业的改进的海上船只。
背景技术
自升式钻探设备通常用于海上能源开采和海上油气田的开发。这些钻探设备通常在船体上漂浮并且具有三个或四个可延伸的支架。在通常情况下，钻探设备被一个或多个拖船拉或拖到一定位置。在所需的位置上，钻探设备的支架然后延伸到洋底/海底，并且钻探设备的甲板升出(或自升出)水面。优选地，钻探设备的甲板升到足够高度以避免任何海浪。钻探设备的自升式甲板提供了环境中的稳定结构，在其中船员可进行钻探作业。这些钻探设备能够抵抗恶劣天气条件并且可长时间使用。由于工作的性质，甲板空间是有限且宝贵的。
钻探设备可具有悬臂系统，固定的钻探设备安装在所述悬臂系统顶部。在作业中，钻探设备移动到油井或气井钻台、自立导体、或固定导体的附近位置并且升起。然后，悬臂系统从钻探设备的船尾滑出并在所需井上滑动。然而，这些悬臂系统作为单个装置储备在甲板上，并且占据了大部分可用的有限空间。
另一类在油气田中使用的船只为井架驳船。井架驳船通常配备有一个或多个起重机。这种起重机通常安装在固定且牢固的基座顶部。如同自升式钻探设备一样，井架驳船通常被拉或拖到位置上。然而，与自升式钻探设备不同，井架驳船通常不升起。因此，井架驳船受到海/洋的拍打和翻滚。因此，井架驳船在海上工作的能力受到其所处环境的限制。
另一类用于便于海上作业的船只为起重平台(lift boat)。如同自升式钻探设备一样，起重平台通常具有三个或四个自升式支架并且可升出水面。起重平台比自升式钻探设备小很多，并且用于短期使用。这些较小的船只不能经受恶劣天气条件并且通常设计成以它们自身动力且在不需要拖船的情况下移动脱离恶劣的天气。因此，起重平台受到其尺寸和能力的限制，并且不能用作自升式钻探设备。
下面的专利示出了上述船只的额外特征：
Johnson的美国专利No.4,483,644描述了具有液压加载均衡器的悬臂可移动海上钻探设备。钻探设备包括甲板结构以及可滑动地安装在甲板结构上的悬臂组件。液压加载均衡器分配悬臂组件和该结构之间的应力。
McNease的美国专利No.5,388,930描述了由单一活动船只运输并使用钻井设备或建筑起重机设备的方法和设备。在McNease的公开中，建筑起重机设备的钻井设备滑动到自升式钻探设备的甲板上，然后自升式钻探设备为了使用漂浮到远处位置。
Danos，Jr.等人的美国专利No.6,257,165描述了具有活动甲板的船只。船只包括第一和第二浮船，附接到其上的第一双体船体，以及平台。浮船和双体船体在水面上漂浮，并且不能升起。平台使用自升式支架连接到双体船体。以此方式，平台可使用自升机构相对于双体船体升高或降低。Danos，Jr.等人进一步描述了附接到第一浮船的第一推进器喷嘴，所述第一推进器喷嘴以360°相位角附接；以及附接到第二浮船的第二推进器喷嘴，所述第二推进器喷嘴可以360°相位角移动。
Miller的美国专利No.6,200,069描述了自升式工作平台。Miller的工作平台包括配备有若干自升式支架的气垫船。Miller陈述了气垫船能够穿越环境敏感地区(例如咸水和淡水湿地)，而不需要挖掘可能会导致或加重盐水指标的运河。一旦到达钻井或开采位置，自升式支架可降低，使工作平台升到表面以上。
Sanders等人的美国专利No.6,607,331描述了起重机的支撑结构，尤其是起重机自升式结构，其中起重机围绕自升式结构的支架定位，而不依靠支架进行结构支撑。所述结构包括上甲板部分和位于甲板以下的下部结构，使得升降室在结构上整合到船只中。
Blake的美国专利No.6,926,097描述了海上自升式修井作业钻探设备，其可拆除地安装到可延伸的悬臂架。悬臂架包括安装到船只的一对平行的支撑梁。一对悬臂滑动梁依靠在支撑梁上。而且，设置至少一个液压锤和气缸来在支撑梁上驱动悬臂滑动梁。
Moise等人的美国专利No.7,131,388描述了船体中具有凹部的起重平台，所述凹部在船航行时接收支架的垫料(pad)。Moise等人陈述了优选地：垫料的总底表面面积优选地为起重平台的甲板表面面积的至少30％。而且，Moise描述了垫料的总底表面面积足够大，使得当船装载和升起时，垫料在海床上施加小于7psi的压力。Moise进一步描述了使用两个后螺旋桨和舵。
因此，需要改造船只，使其结合自升式钻探设备、井架驳船、和起重平台的特征以满足海上建造，维护，油气井平台、自立导体，和/或固定导体拆除的需要。优选地，改造的船只至少具有可操作性增强的自升式钻探设备的高度。此外，需要改造的船只具有优化甲板空间使用的改进的起重机支撑系统。还需要改造的船只允许修井作业钻探设备延伸出改造的船只的船尾，或直接位于海上平台或结构上，而不占据宝贵的甲板空间。还需要可移除的延伸系统不占据宝贵的甲板空间。还需要改进的方法以选择位置来升起海上平台或结构附近的船只，还需要方法将来自于自升式钻探设备的单一井导体与改造的船只隔开。
发明内容
根据本发明的一个重要的方面，提供了升降式支撑船只，其包括：具有具体构造的船体外周的船体，至少两个后自升式支架，至少一个前自升式支架，连接到每个自升式支架的动力升降机构，至少两个后全向推进器，以及至少一个前全向推进器。优选地，船体构造包括船体外周，所述船体外周具有船头，中心部分，船尾，船头和中心部分之间的船头倾斜部分，船尾和中心部分之间的船尾倾斜部分，其中船尾沿垂直轴线比船头更宽，船头和船尾的深度是中心部分深度的至少一半。
通过结合附图阅读之后的详细描述，结合其他重要方面，本领域技术人员将进一步认识到本发明的上述特点和优越特征。
附图说明
为了进一步理解本发明的实质和目的，应结合附图参考下面的详细公开，其中相同的附图标记表示相同的部件。附图不需要按比例绘制并且本发明的某些特征可以放大的比例示出或者为了清楚和简洁而以示意性的形式示出，其中：
图1是示例性升降式支撑船只的部分切除侧视图，升降式支撑船只具有置于本发明的起重机支撑件上的起重机，三个本发明的推进器，以及本发明的储备的延伸桥和修井作业钻探设备组件；
图1A是可替换的升降式支撑船只的部分切除侧视图；
图2是示例性升降式支撑船只的部分切除俯视图，示出了本发明的三个推进器的位置；
图3是示例性升降式支撑船只的俯视图，升降式支撑船只具有置于本发明的起重机支撑件上的起重机，示出了轨道，起重机支撑件沿所述轨道移动，并示出了储备的延伸组件；
图4是置于本发明的起重机支撑件上的起重机的前视图；
图5是连接起重机支撑件的支架与轨道的T型连接件的前视图；
图6是安装修井作业钻探设备之前的延伸组件的侧视图；
图7是示例性的且已安装的延伸组件的前视图；以及
图8是起重机支撑件的俯视图。
具体实施方式
定义
在实施例中，术语“水平轴线”或“水平”意味着沿从船只船尾到船只船头的船只长度的方向。
在实施例中，术语“垂直轴线”或“垂直”意味着沿从船只左舷到船只右舷的船只宽度的方向。
在实施例中，术语“深度轴线”、“深度”、或“深”意味着沿从船只底部到船只顶部的船只深度的方向。
在实施例中，术语“静水线”意味着没有风或其他人为影响水平面的干扰(例如其他船只引起的尾流)情况下的水平面。
在实施例中，术语“气隙”意味着从船只的船体的最下部到静水线的距离。
在实施例中，术语“自推进”或“自推进船只”意味着能够在开阔水面航行而不需要其他船只(例如拖船)辅助的船只。
在实施例中，术语“保持位置”或术语“将船只保持在位置上”意味着船只在漂浮过程中具有保持在其位置半径3米内的能力。
在实施例中，术语“升降式支撑船只”被定义为具有至少船体和甲板、至少三个能够延伸经过船体和甲板的自升式支架，以及至少三个全向推进器的任意船只，其中船只为自推进的。
在实施例中，术语“空载船”意味着包括固定部件(例如起重机，发动机，已经永久附接到船只的类似设备)的船的重量。
在实施例中，术语“全排水量”意味着空载船的重量加上可变负载和消耗品(例如燃料，水，甲板货物，人员及类似物体)的重量。
为了本公开的目的，其中讨论的距离、长度或厚度的测量的意思就是平均距离、长度或厚度，除非以其他方式说明或除非将以其他方式被本领域技术人员所理解。例如，其中所讨论的部分的厚度的意思是跨过该部分的平均厚度。
为了本公开的目的，本文公开的所有测量是地球海平面的标准温度和压力，除非以其他方式说明。
图1示出了升降式支撑船只100的一个实施例。图1的升降式支撑船只100具有船体103，甲板106，起重机支撑件109，起重机112，至少一个延伸梁115，修井作业钻探设备121，三个推进器124、127和130，三个自升式支架133、136和139，以及三个桩脚靴(spud can)134、137和140；然而，由于升降式支撑船只100的位置，仅示出了两个推进器124和130、两个自升式支架133和139、两个桩脚靴134和140、以及一个延伸梁115。为了清楚地理解，图1还示出了上文定义的方位，其中H代表水平轴线，V代表垂直轴线，D代表深度轴线。图2是升降式支撑船只100的俯视图，并示出了三个推进器124、127和130以及三个自升式支架133、136和139的位置。
船只船体和尺寸
升降式支撑船只100的船体103可被想到细分为五个部分：船尾部分142，倾斜船尾部分145，中心部分147，倾斜船头部分150，以及船头部分153。优选地，船尾部分142下侧的至少一部分是平的。类似地，优选地船头部分153下侧的至少一部分是平的。以此方式，推进器124、127和130可分别安装到船尾部分142和船头部分153的平的下侧。船尾部分142和船头部分153比中心部分147具有相对较浅的深度。在升降式支撑船只100的一个实施例中，船尾部分142和船头部分153的深度至少是中间部分147的深度的一半。中间部分147可具有一致的曲率或大致为平的。优选地，中间部分147具有额外的斜坡(未示出)以适应桩脚靴134、137和140。
倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150具有沿深度轴线和水平轴线足够的长度和角度使得推进器124、127和130可按所需安装。优选地，倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150相对于船体底部的角度足够允许经过推进器的有效水流。在一个实施例中，倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150相对于船体底部的角度将取决于推进器的需要而变化。例如，倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150相对于船体底部的角度优选地在大约15至大约30度之间，可替换地在大约17至大约25度之间，可替换地在大约18至大约22度之间，可替换地在大约20度。
关于图1A，并且在可替换实施例中，倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150包括一系列渐变的斜坡。在优选实施例中，倾斜船尾部分145和倾斜船头部分150的每个包括α斜坡、β斜坡、和γ斜坡。α斜坡优选地具有这样的角度，其允许足够的水流入推进器124、127(未示出)和130。α斜坡将具有通常依赖于推进器124、127(未示出)和130的尺寸以及船体长度的角度。在一个实施例中，α斜坡在大约15至大约25度之间，优选地在大约20度。β斜坡优选地具有小于α斜坡的角度。以此方式，β斜坡用作α斜坡和γ斜坡之间的过渡斜坡，并减小了船体上的应力。在一个实施例中，β斜坡在大约10至大约15度之间，优选地在大约13度。γ斜坡优选地具有小于β斜坡的角度。以此方式，γ斜坡用作β斜坡和中间部分147之间的过渡斜坡，并减小了船体上的应力。在一个实施例中，γ斜坡在大约5至大约10度之间，优选地在大约6或7度。
继续参照图1A，船体103的全部边和/或角为径向(radial)的或圆形的。不受理论的约束，通常认为具有径向边的船体减小了阻力并有更大的流体动力。
升降式支撑船只100的船体103可由适合材料制成，包括各种级别的钢，并且优选地由355MPa的钢制成。在一个实施例中，升降式支撑船只100的船体103为大约5至大约15米深，并且从最低点直到升降式支撑船只100的甲板106优选地为大约7.5米深。在全排水量的情况下，气隙优选地为大约11米，可替换地为大约12.5米，可替换地为大约13.5米，可替换地为大约15.5米。
在一个实施例中，升降式支撑船只100在空载船的情况下重大约6,800公吨。在该实施例中，升降式支撑船只对海床上的每个支架施加最小的大约345千帕。升降式支撑船只100的重量在空载船的情况下可从大约4,500公吨到大约11,000公吨变化。可替换地，升降式支撑船只100的重量在满载船的情况下可从大约6,800公吨到大约15,500公吨变化，并且优选地可从大约9,000公吨到大约13,500公吨变化。
自升式支架
三个自升式支架133、136和139可具有栅格、桁架、或管状构造。优选地，自升式支架133、136和139可承受大于大约5米的海浪，可替换地大于大约10米的海浪，更优选地大于大约15米的海浪。自升式支架133、136和139可承受大于大约50节的风，优选地大于大约75节的风，最优选地大于大约100节的风。自升式支架133、136和139能够承受大约13.5s周期的波。自升式支架133、136和139的尺寸可根据很多因素变化，包括待维修的平台或井的位置。在一个实施例中，自升式支架133、136和139具有至少100米的总体支架长度，可替换地大约127米，以及2.7米的安全区域，7.5米的支架塔，大约3至大约8.3米的预计海床穿透。本实施例可产生大约60米到大约90米的工作水深，可替换地大约60米到大约75米的工作水深。
全向推进器
参照图1、图1A和图2，两个全向推进器124和127安装到船尾部分142的下侧并且在两个后自升式支架133和136后面沿着水平轴线安装。两个后全向推进器124和127可在避开由后自升式支架133和136拖拽所产生湍流的位置沿着船尾部分142的垂直轴线安装，并使升降式支撑船只100具有最大的操作性。为了提高操作性，优选的是两个后全向推进器124和127沿着垂直轴线尽可能远的隔开放置。然而，在一个实施例中，两个后全向推进器124和127可在两个后自升式支架133和136之间沿着船尾的垂直轴线放置。还优选的是两个后全向推进器124和127安装在这样的位置上：使得两个后全向推进器124和127的至少一部分在升降式支撑船只100的船体103下方延伸。以此方式，有很大的机会使经过推进器124和127的水流是不同于湍流的层流。
继续参照图1、图1A和图2，前全向推进器130优选地安装到船头部分153下侧。优选地，前全向推进器130沿水平轴线安装到前自升式支架139的前面。以此方式，前全向推进器130避免由前自升式支架139产生的湍流。然而，在可替换实施例中，前全向推进器130可沿水平轴线安装到前自升式支架139的后面。前全向推进器130优选地安装在为升降式支撑船只100提供最大操作性的位置。在一个实施例中，前推进器130沿着垂直轴线安装到沿船头部分153中间的位置上且沿水平轴线朝向升降式支撑船只100的最前部分。前全向推进器130还优选地安装在这样的位置上：使得前全向推进器130的至少一部分延伸超过升降式支撑船只100的船体103。以此方式，有很大的机会使经过前推进器130的水流是不同于湍流的层流。
在可替换实施例中(未示出)，具有两个前全向推进器。在该实施例中，升降式支撑船只100的船头沿垂直轴线加宽(相对于图2所示构造)使得两个前全向推进器可沿垂直轴线平行安装。船头还加宽使得每个前全向推进器可沿垂直轴线安装到升降式支撑船只100的船头，使得它们的排放装置骑跨前自升式支架139。两个前全向推进器优选地沿着水平面大致在最前位置安装到升降式支撑船只100的船头。
全向推进器124、127和130可为商业可用全向推进器，其可固定到升降式支撑船只100并提供足够的马力和操作性使得升降式支撑船只100为自推进的。优选地全向推进器124、127和130能够产生500到4,000千瓦之间的功率，可替换地大约2,500千瓦的功率。例如，推进器可为可从位于芬兰Rauma的Steerporp有限公司获得的具有管道螺旋桨的SP35全向推进器。升降式支撑船只100可具有大约5节到大约10节、或大于大约7节的最大速度。
起重机支撑件和起重机
图3、4和8示出了起重机支撑件109、起重机112、以及放置在升降式支撑船只100甲板106上的轨道156。起重机支撑件109必须具有支撑起重机112的尺寸和强度。起重机支撑件109为台状结构，其具有至少两个起重机支撑支架159，优选地4个起重机支撑支架159，以及起重机支撑平台162。起重机支撑支架159在一端附接到起重机支撑平台162。优选地起重机支撑支架159焊接到起重机支撑平台162。在另一端，起重机支撑支架159附接到轨道156。可替换地起重机支撑支架159附接到起重机支架垫座168。起重机支撑支架159、起重机支架垫座168以及轨道156之间的连接在下面更详细地讨论。起重机支撑支架159具有的长度使得起重机支撑平台162的下侧离甲板106至少大约2米，例如大约3米。可替换地，起重机支撑支架159具有的长度使得起重机支撑平台162的下侧离甲板106至少大约6米。在另一个实施例中，起重机支撑支架159具有的长度使得起重机支撑平台162的下侧离甲板106至少大约9米。
起重机支撑支架159可为支架顶端比支架底端厚的三角形。起重机支撑支架159可由双桁钢制成，可替换地，可使用I形钢梁。起重机支撑平台162可大致为矩形或正方形，并且优选地为设计成轻质但坚固的支撑梁的栅格。
起重机支撑柱165在一端连接到起重机支撑平台162。优选地起重机支撑柱165焊接到起重机支撑平台162的中间。以此方式，起重机112的重量尽可能均匀地在起重机支撑结构109上分布。起重机112可旋转地附连到起重机支撑柱165的另一端。可旋转地附连意味着起重机112和起重机支撑柱165之间的连接允许起重机112绕起重机支撑柱165的半径从第一位置旋转到第二位置。
起重机支撑件109及其部件的重量可从大约150公吨到大约300公吨，更优选地大约170公吨。起重机支撑件109及其部件优选地由钢制成，更优选地为355MPa中强钢。
起重机112通常尺寸可变，并且优选地在20米时具有280公吨容量。可替换地，起重机在20米时具有至少50公吨容量，可替换地在20米时至少100公吨容量，可替换地在20米时至少200公吨容量，可替换地在20米时至少300公吨容量，可替换地在20米时至少350公吨容量，可替换地在20米时至少500公吨容量。合适的起重机112为位于澳大利亚的Australia Favelle Favco Cranes Pty.有限公司商售的PC 250HD起重机。
起重机支撑件轨道
轨道156长度可变，但是优选地沿着水平轴线从船尾的后部延伸到大致在后自升式支架124和127之后的位置。在一个实施例中，轨道沿着水平轴线从船尾的后部延伸大约20米长度，可替换地大约15米，可替换地大约10米。轨道156沿着垂直轴线以一定距离相互隔开，使得起重机支撑平台162可足够大以均匀地且安全地分配处于负载下的起重机112的重量。另外，轨道156沿着垂直轴线以一定距离相互隔开，使得具有空间来在起重机支撑平台162以下和轨道156之间存储各种设备和物品。轨道156可沿着垂直轴线隔开大约10米，可替换地隔开大约15米，可替换地隔开大约20米，可替换地隔开大约25米。轨道156必须是坚固的以承载起重机支撑件109、起重机112以及负载的重量。因此，轨道156优选地延伸经过船尾的整个深度并与升降式支撑船只100成为整体。申请人相信，不受理论的约束，轨道156吸收少到没有动态力矩或力。代替地，起重机支撑支架159和轨道156之间的连接允许力以简单的静态方向分布。
轨道156和起重机支撑支架159之间的连接参照图5描述。起重机支撑支架159可固定到起重机支架垫座168。轨道156可为大致T形，其中T的直杆(post)延伸经过甲板106的船尾142。T形轨道156的顶部与起重机支架垫座168连通，起重机支架垫座168为设计成配合T形轨道156的顶部的凹形。T形轨道156的顶部与起重机支架垫座168之间必须有足够的空间使得起重机支撑件109可沿着轨道滑动。在一个优选实施例中，T形轨道156的顶部与起重机支架垫座168之间具有大约3毫米间隙。轨道156的T形部分的宽度可在大约30厘米和大约60厘米之间，并且优选地为大约40厘米。
在一个实施例中，轨道156在一端(可替换地在另一端)包括止动部157。止动部157防止起重机支架垫座168滑出轨道156。止动部157优选地为轨道156的两到三倍宽，并且在一个实施例中为大约1米。优选地止动部157的长度为大约40厘米到大约80厘米，并且优选地为大约60厘米。止动部157可延伸从甲板106到轨道156的T形部分顶部的深度，可替换地止动部157可延伸到甲板106以下，或浅于从甲板106到轨道156的T形部分顶部的深度。止动部157可具有突起158，突起158在深度轴线上延伸大约8到大约20厘米，优选地大约10厘米。突起158优选地沿着深度轴线向上直地延伸，可以相互倾斜，或向上延伸一定距离并且然后相互倾斜。
以此方式，起重机112可以多种方式使用。可通过使起重机支撑件109跨越轨道159滑动而使起重机112移动。起重机112可从沿着轨道159的任意点拾取负载。因此，起重机112可拾取升降式支撑船只100的甲板106的负载，或从升降式支撑船只100的外侧位置拾取负载。起重机112还可在全负载下绕起重机支撑柱165旋转360度。起重机112还可在负载下沿着轨道159滑动。因此，起重机112可以半自主的方式输送负载或提升负载，而不需要任何额外的支撑船只。起重机112具有允许在起重机支撑件109之下存储设备和物品的附加益处。因为起重机支撑平台162的高间隙，存储设备和物品将不妨碍起重机112的移动。起重机112的额外使用将在下面讨论。
延伸组件及其方法
延伸梁115、模块化横梁118、修井作业钻探设备121、模块化箱171、以及管桥174参照图3、6和7描述。当组装时，延伸梁115、模块化横梁118、模块化箱171、以及可选的管桥174形成延伸组件177，其顶部可放置修井作业钻探设备121。延伸组件177和修井作业钻探设备121可位于油气井附属物、平台、井或结构上使得可采用修井作业钻探设备121。优选地，延伸组件177支撑修井作业钻探设备121及相关设备的整个重量，使得较小的到没有重量转移到油气井附属物、平台、井或结构上。
延伸梁115优选地在不用时储备在升降式支撑船只100的后部。延伸梁115可通过各种适合装置中的任一种连接到升降式支撑船只100的后部，所述装置包括销钉、钩、带等。以此方式，延伸梁115不占据宝贵的甲板空间。优选地具有两个延伸梁115，然而，任意数量的延伸梁115，优选地从一个到大约六个，可储备在升降式支撑船只100的船尾后部。延伸梁115的尺寸将根据升降式支撑船只100的船尾尺寸、轨道156沿着垂直轴线相互隔开的距离等因素而改变；然而，每个延伸梁115优选地从大约20米到大约35米长，从大约0.5米到大约1.5米宽，以及大约2.5米到大约4米高。延伸梁115优选地为双桁钢梁，并且可替换地为I形钢梁。
延伸梁115可通过钉到轨道156中而接合升降式支撑船只100的轨道156，可替换地，延伸梁115可设计成以与T形轨道156与起重机支架垫座168之间的连通相类似的方式接合T形轨道156。优选地，具有两个延伸梁115，每个轨道156接合一个延伸梁。以此方式，两个延伸梁115均沿着升降式支撑船只100的水平轴线延伸，并超过升降式支撑船只100的船尾；然而在另一个实施例中，轨道156和延伸梁115可配置使得延伸梁115在垂直轴线上延伸出升降式支撑船只100。在这些实施例中，装载到延伸组件177的任何重量在升降式支撑船只100的全部船体上均匀分配。
在进一步的实施例中，延伸梁115沿着水平轴线放置在轨道156的顶部，并因此接合轨道。在该实施例中，延伸梁115的宽度小于止动部157的宽度。以此方式，轨道156的突起158防止延伸梁115沿着垂直轴线移动。优选地突起158被隔开使得延伸梁115在其之间贴身式地装配。可按所需在突起158和延伸梁115之间采用间隔物(未示出)以确保贴身接合。延伸梁115可附连到沿着轨道定位的力矩板175。力矩板175优选地延伸经过船尾的整个深度。力矩板175高于轨道156竖立使得销钉(优选地大约20厘米直径)可将延伸梁115固定到力矩板175，并且因此防止延伸梁115绕深度轴线和垂直轴线移动。可替换地，桁架(未示出)在升降式支撑船只100的远端将延伸梁115相互连接以增加稳定性。
模块化横梁118、修井作业钻探设备121、模块化箱171、和管桥174优选地在运输和升起过程中储备在升降式支撑船只100的甲板上。模块化横梁118设计成当延伸梁115与其各自的轨道156接合时垂直地装配到两个延伸梁115。优选地模块化横梁118在延伸梁115钉到它们各自的力矩板175之后与延伸梁115接合。在此位置，模块化横梁118用作滑道，修井作业钻探设备121将位于其顶部。模块化横梁118和延伸梁115优选地设计成使得模块化横梁118可沿着延伸梁115以第一方向(优选地沿着水平轴线)滑动或被升起。模块化横梁118还优选地设计成使得修井作业钻探设备121可沿着模块化横梁118以第二方向(优选地沿着垂直轴线)滑动或被升起。优选地，沿着延伸梁115移动模块化横梁118以及沿着模块化横梁118移动修井作业钻探设备121的滑动系统为液压升降系统。沿着延伸梁115移动模块化横梁118的滑动系统可与沿着模块化横梁118移动修井作业钻探设备121的滑动系统相同或不同。模块化横梁118优选地具有足够的尺寸和形状以支撑至少50公吨的修井作业钻探设备，并提供观测平台。
模块化横梁118优选地为I形梁或双桁梁使得每个梁的支座可用作轨道，滑车可沿着该轨道滑动、滚动或升起。滑车可容纳各种设备。在一个例子中，防喷器可位于滑车中并在修井作业钻探设备121下方经过。优选地，滑车包括试验桩、抓扣底盘、栏杆和横向滚筒系统。防喷器可为任意商售物品。适合的防喷器为位于Texas的Houston的SunndaLLC商售的防喷器。另外，可将一个或多个平台附连(优选地焊接或钉)到每个梁的支座使得人们可安全地行走。
修井作业钻探设备121可为适于连接到模块化横梁118的任意标准的钻探设备，并优选地设计具有以单个、双重、三重构造来装架(racking)钻井管、工作管柱、完井管柱的能力，所述构造具有至少大约50公吨的容量，可替换地为至少大约100公吨，可替换地为大约200公吨，并且可替换地为直到大约250公吨。在一个实施例中，修井作业钻探设备包括垂直伸缩桅杆和绞车，其具有至少大约50公吨的容量，可替换地为至少大约30公吨到350公吨之间，可替换地为大约250公吨。在一个实施例中，伸缩桅杆的最大高度为大约33米，可替换地为大约36.5米，可替换地为大约46米。在一个实施例中，伸缩桅杆的最大垂直长度为大约7米，伸缩桅杆的最大水平长度为大约7米。优选的修井作业钻探设备可从位于Texas的Houston的National Oilwell Varco(NOV)获得。在一个实施例中，修井作业钻探设备121可具有铰接到其边之一从而允许人员和设备来往经过的v型门。v型门优选地当修井作业钻探设备121在运输和升起过程中储备时折叠。
模块化箱171优选地设计成可堆叠的。以此方式，它们可储备在彼此的顶部，这将在运输或升起过程中节省甲板空间。在一个优选实施例中，具有两个模块化箱171；然而，在其他实施例中可具有适合船只的从0到任意数量的模块化箱171，优选地从2到6个模块化箱。模块化箱171具有足够的宽度和形状以当延伸梁115接合在升降式支撑船只100的轨道156中时跨过延伸梁115之间的间隙。可替换地，每个模块化箱171为其中包含任意数量小箱的外壳。在该实施例中，模块化箱171可靠在每个延伸梁115内部的下支座上，如图6所示。
每个模块化箱171的长度可彼此独立。优选的长度范围从大约1.5米到大约5米，可替换地从大约2米到大约4米，可替换地为大约3米。模块化箱171优选地设计成通过各种适合装置中的任一种接合延伸梁115，所述装置包括固定在延伸梁中的销钉、钩、带等，延伸梁115优选地设计成接收模块化箱171。模块化箱171优选地为中空结构，其可用于存储流体、警报系统、流体歧管系统，并提供电气、液压和流体系统的通路。在一个实施例中，模块化箱171跨过甲板106和模块化横梁118之间的水平间隙。因此，模块化箱171可用作升降式支撑船只100和修井作业钻探设备121之间的用于管道、设备、电线、人员等的桥。可替换地，模块化箱171可以任意距离沿着水平轴线相互隔开，优选地隔开大约1米到大约3米。
在一些实施例中可采用管桥174。在那些实施例中，优选地使用至少两个模块化箱171。管桥174可设计成跨过每个模块化箱171放置，从而沿着水平轴线桥接它们的距离，并且承载从甲板106到修井作业钻探设备121的管道和其他设备。管桥174长度为大约8米到大约20米，优选地为大约15米；宽度和高度独立地为大约1米到大约3米。管桥174可额外地用于提供在作业甲板下的电气、液压和流体系统的通路。管桥174可进一步设计成接收修井作业钻探设备121的v型门。以此方式，管桥174可沿着垂直轴线在模块化箱171周围移动，并且跟踪修井作业钻探设备121的v型门的移动(如果有的话)。然而，管桥174通常沿着水平轴线固定。另外，斜坡可固定到管桥174的端部以允许人员和设备从管桥174移动到甲板106。
在一个实施例中，延伸组件177使用下面所描述的方法以及上述起重机组装，所述方法选择自升式位置和保持位置。在该实施例中，离平台180大约22米内的适合位置由下面所述的方法选择(确保自升式支架避免开孔和碎片)。升降式支撑船只100由下面所描述的方法保持在位置上并升起到大约3到大约6米内的高度，即高于、低于或齐平于平台180的上甲板。一旦升降式支撑船只100就位，人员吊篮可附接到起重机112的端部，并且人员可从升降式支撑船只100运送到平台180。此方法比使用摇摆绳索和/或介入船坞通常更安全且更有效率。这些人员在延伸组件177被组装时可在平台180上开始作业。
继续利用本方法并且在一个实施例中，起重机112用于在升降式支撑船只100的第一轨道156上从升降式支撑船只100的船尾提升第一延伸梁115。起重机112然后用于降下第一延伸梁115，并将其与第一轨道156接合。第一延伸梁115然后钉到第一板力矩板175。一旦第一延伸梁115被固定，所述过程就被重复，并且第二延伸梁115固定到升降式支撑船只100的第二轨道156。第二延伸梁115然后可钉到第二力矩板175。在利用模块化箱的实施例中，起重机112用于提升第一模块化箱171并将其定位在两个固定的延伸梁115之间。起重机112然后用于降下第一模块化箱171，并且将其与延伸梁115接合。在第一模块化箱171被固定之后，过程可重复并且任意数量的模块化箱171可固定到延伸梁115。在利用管桥174的实施例中，起重机112用于提升管桥174并将其置于模块化箱171上。
起重机112可用于在延伸梁115上提升并定位模块化横梁118。起重机112然后用于降下模块化横梁118，并且将其与延伸梁115接合。一旦模块化横梁118被固定，起重机112就用于在模块化横梁118上提升并定位修井作业钻探设备121。起重机112然后用于降下修井作业钻探设备121，并且将其与模块化横梁118接合。在修井作业钻探设备121固定到模块化横梁118之后，液压升降系统可安装使得修井作业钻探设备112可在平台180的甲板上移动。在模块化横梁118被固定之后的任意点，起重机112可用于在模块化横梁118的轨道上提升并定位防喷器。起重机112然后用于降下防喷器，并且将其与模块化横梁118的轨道接合。
安全系统，例如v型门(一个或多个)、楼梯、栏杆、防落下装置、冲洗站等，应在使其变得安全的方法过程中安装/采用。延伸组件177可通过逆向过程使用起重机112拆卸。
保持位置的方法
升降式支撑船只100优选地具有保持位置的能力。在一个实施例中，升降式支撑船只100使用全向推进器保持位置。在该实施例中，确定设定点。GPS装置(优选地结合陀螺仪和其他方位测量装置)提供数字信号到计算机，以告知计算机升降式支撑船只100已从设定点航行了多远。计算机发送信号到全向推进器，该信号使全向推进器工作从而纠正误差。因此，在一个实施例中，升降式支撑船只100的全向推进器与计算机信号连通。在可替换实施例中，任意数量的全向推进器可与计算机信号连通，并且任意数量的全向推进器可相互和/或与计算机信号连通。在这些实施例中，升降式支撑船只100可保持在离设定点大约三米半径内。保持位置的能力在支架下降到海/洋底直到升降式支撑船只100由其自升式支架支撑时是特别重要的。优选地，升降式支撑船只100能够在0到大约3节之间的流中仅使用全向推进器保持位置。在自升式支架使用过程中升降式支撑船只100保持位置的实施例中，可能有作用在自升式支架上的力，例如潜流。在这种情况下，作用到升降式支撑船只100上的净力称为有效流，并且升降式支撑船只100能够优选地在在0到大约3节之间的有效流中保持位置。在这些实施例中，表面流可或者可不超过大约3节。
在另一个实施例中，升降式支撑船只100可使用结合锚泊系统的全向推进器保持位置。该实施例在流或有效流大于大约3节的情况下特别优选。锚泊系统优选地为两点或四点锚泊系统，并且四点锚泊系统在超过大约3节的有效流中是优选的。
在两点锚泊系统中，第一锚连接到升降式支撑船只100的船尾的一端，第二锚连接到升降式支撑船只100的船尾的相对端。在可替换的两点锚泊系统中，第一锚连接到升降式支撑船只100的船头的一端，第二锚连接到升降式支撑船只100的船头的相对端。在四点锚泊系统中，第一锚连接到升降式支撑船只100的船头的一端，第二锚连接到升降式支撑船只100的船头的相对端，第三锚连接到升降式支撑船只100的船尾的一端，第四锚连接到升降式支撑船只100的船尾的相对端。优选地，全向推进器用于纠正升降式支撑船只100将从其设定点偏离的任何偏差。全向推进器在两点锚泊系统中用得比四点锚泊系统更多。也可考虑使用一个、三个或多于四个锚。
在一个实施例中，每个锚重量为大约4.5兆克到大约9兆克，优选地为大约6.8兆克。锚优选地通过大约3.8厘米粗、长度为大约760米到大约915米的钢丝绳连接到升降式支撑船只100。可替换地，锚通过长度为大约760米到大约915米的链或钢丝绳和链的组合连接到升降式支撑船只100。
在一个实施例中，起重机112用于收回锚。在该实施例中，一旦第一锚从海/洋底释放，全向推进器将用于纠正升降式支撑船只100从设定点经受的偏差。随着额外的锚(一个或多个)被收回，全向推进器继续纠正距设定点的任何偏差。可替换地，在第一锚从海/洋底释放之后，全向推进器用于保持对其他锚的张力使得船只保持位置。
选择自升式位置的方法
现在描述选择升起升降式支撑船只100的位置的方法。在该方法的一个实施例中，升降式支撑船只100在海上结构附近移动，优选地在油气井设施附近移动。升降式支撑船只优选地在离平台边缘大约30米内移动，可替换地在大约20米内移动，可替换地在大约10米内移动。升降式支撑船只100在平台周围移动以获得海床的地图。可替换地，或除了升降式支撑船只100获得的地图之外，远程操作车辆(“ROV”)从升降式支撑船只100展开，并且使海床成像。海床的地图然后用于确定降下自升式支架的合适位置。优选地，所选位置不包含之前自升式船只导致的凹坑，通常指的是“开孔”、碎片、管结、或其他障碍物。一旦在位置上，升降式支撑船只100的支架升起，并且升降式支撑船只100升出水面。
ROV可以无人潜水。优选地，ROV能够潜入水面以下并使用侧部声学扫描器和/或底部轮廓声纳及其他类似设备获得海床的详细图像。ROV可具有大约30米到大约300米或更大的范围，其可允许升降式支撑船只100保持在进一步远离平台的距离处，例如至少大约30米，可替换地至少大约50米，可替换地至少大约100米。在一个实施例中，ROV具有脐状电缆，该电缆向ROV传送功率，以及来往于升降式支撑船只100的电子信号和数据。可替换地，ROV可被远程控制。
可使用任意测深装置和方法绘制海床的地图，并且优选地使用侧部声学扫描和/或多束回声扫描来绘制地图。侧部声学扫描类似于声纳，其中声波向外传输到目标区域，即，海床。声波向外传输到目标区域并返回到侧部声学扫描装置接收器的时间用于确定至目标的距离。当绘制海床地图时升降式支撑船只100离平台的距离将取决于绘制地图装置(即，侧部声学扫描器)的最佳量程。升降式支撑船只100优选地离平台边缘足够远以确保安全移动，而离平台边缘足够近以获得海床地图。优选的测深装置和方法使用结合HYPACKTM软件的SeaBeam1185。这种系统可从位于New York的L-3Communications Corporation获得。HYPACKTM是位于Connecticut的Middlefield的CoastalOceanographies，Inc.的注册商标。
实现升降式支撑船只100的船上可滑动起重机允许升降式支撑船只100选择比之前可能的位置更远离平台的位置。在一个实施例中，升降式支撑船只100在距平台边缘大约7米到大约14米之间被定位并升起，可替换地大约15米到大约20米，并且可替换地离平台边缘最多大约23米。
单个井导管手动断开(Hand-Off)
在一个实施例中，升降式支撑船只100可用于从固定单个井导管的工作中释放自升式钻探设备。在该实施例中，自升式钻探设备用于钻井场合并且巩固(cement)单个井导管；然而，所述管没有被穿孔。升降式支撑船只100装备有适于保持单个井导管的臂。
升降式支撑船只100移动到使得其臂在离单个井导管的可达距离内的位置。优选地可达距离小于大约6米。升降式支撑船只100的自升式支架被降低直到它们被钉住，即刚好接触海/洋底。在此作业过程中，可应用如上所述的保持位置的方法。一旦升降式支撑船只100的自升式支架被钉住，升降式支撑船只100的臂就延伸以保持单个井导管。自升式钻探设备释放单个井导管并被拉动远离位置。通过操纵单个井导管，升降式支撑船只100升起到足够高度以避免浪尖。如上所述，升降式支撑船只100可使用其起重机来将修井作业钻探设备组装到其船尾，使得作业可在单个井导管上完成。
尽管本文描述了本发明的步骤的特殊替换，没有特别公开但是在本领域已知的附加替换也落入本发明的范围内。因此，应理解本发明的其他应用在本领域技术人员阅读所述实施例并在理解所附权利要求和附图之后将变得明显。

Claims (21)

1.一种升降式支撑船只，包括：
a.具有船体外周的船体，其中所述船体外周具有船头、中心部分、船尾、船头和中心部分之间的船头倾斜部分、船尾和中心部分之间的船尾倾斜部分，其中船尾沿垂直轴线比船头更宽，船头和船尾的深度是中心部分深度的至少一半；
b.活动地附接到所述船体的至少两个后自升式支架；
c.活动地附接到所述船体的至少一个前自升式支架；
d.连接到每个自升式支架的动力升降机构，其用于相对于船体在升起和降下位置之间升起和降下每个自升式支架；
e.附连到船尾下侧的至少两个后全向推进器；以及
f.附连到船头下侧的至少一个前全向推进器。
2.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述后全向推进器附连到船尾下侧的平坦部分。
3.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述前全向推进器附连到船头下侧的平坦部分。
4.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述船头倾斜部分的倾斜在大约15度到30度之间，所述船尾倾斜部分的倾斜在大约15度到30度之间。
5.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述船头倾斜部分的倾斜为大约21度，所述船尾倾斜部分的倾斜为大约21度。
6.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述船体包括355Mpa钢。
7.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述船体为大约5米到大约15米深。
8.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，气隙为大约11米到大约16米。
9.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述至少两个后全向推进器附连到在沿着所述升降式支撑船只的水平轴线的远点和后自升式支架之间、以及沿着所述升降式支撑船只的垂直轴线的远点和后自升式支架之间的沿船尾的位置上。
10.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述至少一个前全向推进器附连到前自升式支架的前部。
11.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，每个全向推进器具有管道螺旋桨并产生至少500千瓦的功率。
12.根据权利要求11所述的升降式支撑船只，其特征在于，每个全向推进器产生至少2500千瓦的功率。
13.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述至少两个自升式支架和至少一个自升式支架包括栅格构造。
14.根据权利要求13所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述至少两个自升式支架和所述至少一个自升式支架具有大约130米的总体长度。
15.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述升降式支撑船只重量在空载船时为大约4500公吨到大约11000公吨。
16.根据权利要求15所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述升降式支撑船只重量在空载船时为大约6800公吨。
17.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述升降式支撑船只重量在全排水量时为大约6800公吨到大约15500公吨。
18.根据权利要求17所述的升降式支撑船只，其特征在于，所述升降式支撑船只重量在全排水量时为大约9000公吨到大约13500公吨。
19.根据权利要求1所述的升降式支撑船只，其特征在于，施加到海底上的为最少大约345千帕/支架。
20.一种升降式支撑船只，包括：
a.具有船体外周的船体，其中所述船体外周具有船头、中心部分、船尾、船头和中心部分之间的船头倾斜部分、船尾和中心部分之间的船尾倾斜部分，其中船尾沿垂直轴线比船头更宽，船头和船尾的深度是中心部分深度的至少一半；
b.活动地附接到所述船体的至少两个后自升式支架；
c.活动地附接到所述船体的至少一个前自升式支架；
d.连接到每个自升式支架的动力升降机构，其用于相对于船体在升起和降下位置之间升起和降下每个自升式支架；
e.附连到船尾下侧的至少两个后全向推进器；以及
f.附连到船头下侧的至少一个前全向推进器；
g.起重机支撑件，进一步包括：
i.至少两个垂直元件，其中每个垂直元件具有第一和第二端，第一垂直元件的第一端附连到第一轨道，第二垂直元件的第一端附连到第二轨道，第一和第二轨道附连到升降式支撑船只的甲板，第一垂直元件的第二端附连到平台的第一侧，第二垂直元件的第二端附连到平台的第二侧；以及
ii.具有近端和远端的柱，近端附连到平台，起重机可旋转地附连到柱的远端，平台具有置于甲板下方至少大约2米处的下侧，起重机支撑设备能沿着轨道移动；
h.沿着相对于升降式支撑船只的第一方向可移除地附连到升降式支撑船只甲板的第一延伸梁；
i.沿着相对于第一延伸梁的大致平行方向可移除地附连到升降式支撑船只甲板的第二延伸梁，第二延伸梁与第一延伸梁隔开第一距离，其中第一和第二延伸梁相互独立地附连到升降式支撑船只甲板，第一和第二延伸梁的至少一部分延伸超出升降式支撑船只的船尾；以及
j.沿着相对于第一方向的大致垂直方向可移除地附连到第一和第二延伸梁的模块化横梁，其中模块化横梁适于接收修井作业钻探设备。
21.一种升降式支撑船只，包括：
a.具有船体外周的船体，其中所述船体外周具有船头、中心部分、船尾、船头和中心部分之间的船头倾斜部分、船尾和中心部分之间的船尾倾斜部分；
b.活动地附接到所述船体的至少两个后自升式支架；
c.活动地附接到所述船体的至少两个前自升式支架；
d.连接到每个自升式支架的动力升降机构，其用于相对于船体在升起和降下位置之间升起和降下每个自升式支架；
e.每个都附连到船尾下侧的至少两个后全向推进器；以及
f.每个都附连到船头下侧的至少两个前全向推进器。
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