CN101970286A - 深吃水半潜式浮动生产、存储和卸载船 - Google Patents

Abstract

本发明提供深吃水半潜式液化天然气(LNG)浮动生产和存储船的方法、设备和系统，其能包括包含LNG罐的潜水箱，在双底部部分的底部处的固定压舱物，和隔离的压舱罐，其带有大体上位于固定压舱部分之上能在各种存储程度期间帮助保持潜水箱淹没状态的可变压舱物。多个竖直柱形支撑件能从顶部到底部地穿过潜水箱并且在水面之上延伸以支撑甲板，包括各种顶侧结构。潜水箱的顶部上的中间双甲板能提供例如穿过竖直柱形支撑件到达罐的通路。双底部结构、甲板和竖直柱形支撑件能提供整个结构的完整性。

Description

深吃水半潜式浮动生产、存储和卸载船

相关申请的交叉引用

不适用。

联邦政府资助的研究或开发

不适用。

联合研究协议的团体的名称

不适用。

参考附录

不适用。

技术领域

本发明涉及浮动的离岸船(vessel)。更具体地，本发明涉及设计为至少存储烃类产品的浮动的离岸船。

背景技术

浮动生产、存储和卸载船(FPSO；也被称作“单元”和“系统”)是一种类型的浮动罐系统，该浮动罐被海上油气工业使用并且被设计成从附近的油气井采集所有的油或气、处理它、并存储它直到油或气能被卸载到等候的油轮上或者被通过管道输送。临时存储允许来自海底操作的产品积累直到足够量可用来卸载到油轮用以运输到陆地。

在工业中存在许多具有各种优点和缺点的不同设计。一些FPSO结构是适于大的固定存储的退役油轮。一些FPSO结构被设计成部分地潜水在水表面以下作为半潜式结构。用于油存储的半潜式单元的一个优点是通过在水表面下方具有更多结构而降低来自波浪作用的上下颠簸和摇摆。大体上已知，对于这种结构，当半潜式处于它的最低正常潜水程度时工作甲板被支撑在水表面上方。这种FPSO传统地具有至少部分地淹没的油存储罐并且已经建造从罐向上的柱形支撑件以将甲板支撑在水表面上方。

然而，油气工业中的最近的努力已经聚焦在带有特定需求的液化天然气(LNG)上。LNG是已经被转变成液体形式以易于存储或运输的天然气。液化过程包括去除掉某些成分(例如灰尘、氦、或能引起下游的困难的杂质，举例来说，水和重质烃)并且然后通过将它冷却到低温而在接近大气压力下被凝结成液体。LND在特定设计的低温海船中被运输并且被存储在特定设计的罐中。LNG是在标准温度和压力(STP)下的天然气的体积的1/614，使得它更加成本有效地在没有管道的地方进行长距离运输。当前，普通罐类型是膜(TGZ Mark III和GT96)和Moss Rosenberg(球)或自支撑棱柱型。在它们之中，因为它的低材料和生产成本，膜型LNG罐是最常用的。然而，通常的意见是膜型LNG罐在部分填充的状态下可能不能抵抗晃动冲击负载，除非搬运器的摇摆动作是非常小的，也就是，小于5度。LNG FPSO需要在完全充满的程度下操作。船舶型FPSO响应于波浪具有显著的摇摆运动并且在LNG FPSO的大多数潜在安装点中不适于满足小摇摆运动的要求。

除了晃动问题之外，在关于待放置在FPSO的顶侧上的LNG液化设备的响应于LNG FPSO的移动上有更严格的要求。大多数被良好地证明了的高效率的LNG液化技术在FPSO操作期间需要与2度一样小的船体的倾斜角。船舶型和半潜式FPSO的现有设计很难满足这些标准。

用于LNG应用的，尤其是用于膜型LNG罐的FPSO船体，与油存储应用相比也能具有更高的结构要求。绝缘系统和船体之间的绝缘系统结构和连接的结构整体性对罐船体的局部偏斜和摆动是敏感的。非常希望可能的主结构载荷，例如由于顶侧重量以及波载荷的竖直剪切力和弯矩，不被直接传递到罐壁结构。

虽然与船体运动和结构整体性方面的要求相比来说较不关键，但是顶侧上方放置浮动设备动的能力将是LNG FPSO船体的另一所期望的方面。在船型FPSO的情形中，FPSO的高的出水高度限制了顶侧的浮动在上面的设备的使用，其导致干船坞和码头边中的更长的构造周期。在半潜式类型的情形中，立柱之间的间隔需要足够宽用以通过其安装容器。进一步地，需要足够的压舱能力以在安装期间将出水高度降低到所期望的程度。

为了提供更安全的LNG船货的存储和LNG设备的构造、安装和操作的更灵活的选项，需要新船体设计，其能提供响应于波浪的更小运动和在平均水位和平均水位上方的更小的覆盖区域。也期望这样的新设计，船体形状和布置应当能提供足够的结构整体性以在不与LNG罐结构干涉的情况下将载荷支撑在存储区域上方。

发明内容

本发明提供深吃水半潜式液化天然气(LNG)浮动存储船的方法、设备和系统，其包括包含LNG罐的潜水箱、在双底部部分中的底部处的固定压舱物，和隔离的压舱罐，其带有大体上定位在固定压舱部分上方的可变压舱物，以在各种存储程度期间将潜水箱保持淹没。多个竖直柱形支撑件从顶部到底部地穿过潜水箱并且在水表面上方延伸以支撑甲板，包括各种顶侧结构。潜水箱的顶部上的中间双甲板能提供例如穿过竖直的柱形支撑件到达罐的通路。双底部结构、甲板、和竖直柱形支撑件能提供整个的结构完整性。

本发明提供一种半潜式浮动存储船，包括：布置在第一高度处的固定压舱部分；布置在在第一高度上方的第二高度处并且连接到固定压舱部分的液化天然气存储罐；竖直地连接到固定压舱部分并且布置在第一高度和在第二高度上方的第三高度之间的柱形支撑件；布置在第一高度上方并且连接到存储罐的可变压舱部分；和连接到柱形支撑件并且布置在第三高度上方的甲板。

本发明提供传统的船舶型FPSO和半潜式器的设计改变和改进，以使得运动响应最小化并且使得LNG应用的结构完整性最大化。在深吃水、小水线面面积、低重心和大回转半径的情况下，新LNG FPSO提供顶侧上和LNG船货罐中的非常低的运动。与传统的船舶型FPSO船体相比，这提供LNG液化单元、LNG保存系统、构造点、安装方法、锚泊系统(也就是，不需要随风向改变方位)的选择中的更多的选项和适应性，和更少的时间。

附图说明

尽管这里所提供的概念是易于进行各种修改和替换的，但是仅仅几个特定实施方式已经以示例性的方式在附图被示出了并且在下面被详细地描述了。这些特定实施方式的附图和详细描述不旨在以任何方式限定概念或附属权利要求的宽度或范围。相反，提供附图和详细的书面描述以向本领域普通技术人员示出概念，如同由34U.S.C.§112所要求的那样。

图1是这里所描述的代表性的实施方式的浮动存储船的示意性的顶视图。

图2是图1的船的示意性的侧视图，示出了固定压舱部分、罐、可变压舱部分、和柱形支撑件。

图3是图2的船的示意性的侧视图，示出了船的半潜状态。

图4是图1的船的示意性的顶部透视图。

图5是图1的船的示意性的顶部透视图，示出了布置在柱形支撑件上方的甲板。

图6是图1的船的示意性的顶部透视图，示出了内部结构的代表性的部分。

图7是另一实施方式的船的示意性的顶部透视图。

图8是图7的船的示意性的顶部透视图，示出了结构和压舱物的细节。

图9是图7的船的内部部分的示意性的顶部透视图，示出了存储罐。

图10是图7的船的示意性的顶部透视图，示出了可变压舱部分。

具体实施方式

下面呈现这里所披露的概念的一个或多个示例性的实施方式。为了清楚起见，在这个应用中没有描述或示出实际具体实现的全部特征。可以理解，必须进行实际实施方式的开发、许多对于具体实现来说特定的决策以实现开发者的目的，例如符合系统相关的、商业相关的和其它约束，这些约束依据具体实现和时间而变化。尽管开发者的努力可能是复杂的和耗时的，然而，对于受益于本发明的本领域普通技术人员而言，这种努力将是例行工作。

图1是这里所描述的代表性的实施方式的浮动存储船的示意性的顶视图。图2是图1的船的示意性的侧视图，示出了固定压舱部分(ballast portion)、罐、可变压舱部分、和柱形支撑件。将结合彼此描述附图。浮动存储船2，其能包括浮动生产、存储和卸载船(FPSO)，和能由潜水箱(pontoon)4形成的能临时存储烃并且尤其是液化天然气的其它船。船2大体上包括至少一个布置在潜水箱4的外周边的内部的存储罐6。罐6能适于存储特定的烃，例如LNG。如果用于LNG，船2能具有合适的装备、绝缘和设备以例如将罐6保持在LNG所需要的低温下。这种装备在本领域中是已知的并且对于本领域普通技术人员来说不认为是需要在这里描述的。进一步地，未示出或未详细描述的各种辅助装备，结构细节、焊件、梯子、起重机、船员设备(crew facility)、生产和处理装备、和其它装备，因为这些装备被认为对本领域普通技术人员来说将是已知的，但是将被包含在本发明的商业实施方式中。

能围绕罐6的周边布置一个或多个柱形支撑件8。在代表性的实施方式中，示出了八个柱形支撑件，尽管数量能更少或更多。例如，柱形支撑件能包括布置在三个中心罐6a、6b和6c以及两个端罐6d和6e(共同被称作“罐6”)之间的柱形支撑件8a-8h(共同被称作“支撑件8”)。

在立面图中，如同在图2中所示的那样，船2大体上能包括固定压舱部分12，固定压舱部分12作为位于第一高度22处的船的最低结构的其中一个，该第一高度22例如是水下高度，例如在海的水平面或水表面下方一定距离处。通常，固定压舱部分12将是双底部结构，从而大体上有至少部分地填充有固定压舱物的顶部和底部船板。固定压舱物能是大体在重量上沉重的任何数量材料，例如混凝土、铁矿石和类似材料，单独地或组合地。

在第一高度22上方，存储罐6能被布置在第二高度24处，其能是全部或部分在水下或在海面上方的。存储罐能被固定压舱部分12支撑或者以其它方式连接到固定压舱部分12。进一步地，柱形支撑件8能被连接到固定压舱部分12并且延伸到第二高度24上方到达第三高度26，例如在海面或水平面上方。船2能进一步包括至少一个可变压舱部分14。例如，可变压舱部分14a能被围绕端罐6e布置，并且另一可变压舱部分14b能被围绕罐6c布置。其它可变压舱部分能被布置成遍及船上，在处于第一高度22的固定压舱物12上方。有利地，可以相信，按体积计算，可变压舱部分14净容量应当大约是烃存储容量的一半。

图3是图2的船的示意性的侧视图，示出了船的半潜状态。处于第一高度22处的固定压舱部分12与罐6和处于高度24处的可变部分14一起被示为淹没在水平面18的下方。柱形支撑件8能延伸到水平面18的上方达到第三高度26。甲板16能被布置在第三高度26上方。甲板16能支撑各种顶侧元件，例如生产设备、船员区、控制台、和本领域中大体上已知的其它元件。

有利地，由于大量的固定压舱物12，船2能具有低的重心，并且例如由于大多数结构是淹没的，其中柱形支撑件8的相对小的横截面区域是被暴露到表面水的主要结构，其能具有比传统的LNG船较小的水线面面积(water plane area)。沉重的重量和较小的水线面面积能使得船2的总摆动低以及更好的上下颠簸响应。这样，运动，包括存储的烃的晃荡，能比传统的浮动型LNG船小。

来自柱形支撑件8的柱形载荷能例如被引向固定压舱部分12并且不被引向存储罐6。这样，在各柱形支撑件8之间的存储罐6能被自由空间围绕，自由空间该能被例如用作可变压舱部分14，其能同时保护存储罐6。例如罐6等离岸结构能例如由夹在不锈钢薄层之间的绝缘层制成并且能是脆弱的。因此，有利地，用可变压舱部分14围绕罐6的至少一些部分，以帮助保护罐6防止被刺破或者影响罐壁或船体的完整性的其它威胁。

当一个或多个存储罐6中的烃的体积改变时，为了保持所期望的吃水深度，例如能用水来对可变压舱罐14进行设置压舱物。也就是，例如水能被添加到一个或多个压舱罐14或者被从一个或多个压舱罐14去除掉，其能影响在吃水线或海面下面的船2的至少一部分的深度，例如固定压舱物12的深度。例如，当存储罐6未完全装满时，能通过增加其内的水的容量来对可变压舱部分14进行设置压舱物以获得第一所期望的吃水深度。作为另一例子，当存储罐6被充满时，能通过减少其内的液体的容量来对可变压舱部分14设置压舱物，以例如获得第二所期望的吃水深度，其能是与第一吃水深度相同的或不同的。罐6或压舱罐14的容量的任何变化能在任何时候进行，单独地或者相结合地进行，并且能以任何次序进行，包括同时。

图4是图1的船的示意性的顶部透视图。尽管大部分可变压舱部分14能被大体上布置在第二高度24处，可变压舱部分能是与柱形支撑件8一体的，其可以是全部或部分打开的或闭合的，封闭的或者其它方式。例如，柱形支撑件8大体上包括柱形内容量20。容量20，或者容量的至少一部分，能被用于可变压舱物。可变压舱物能沿着柱形支撑件8的一个或多个子部分或者它的一些部分竖直地延伸。作为另一例子，柱形内容量20，或者它的一部分，能被用作人们和其它物进入船的其它区域的通路。

图5是图1的船的示意性的顶部透视图，示出了布置在柱形支撑件上方的甲板。甲板16被示为被支撑在柱形支撑件8上方，其大体上能在水平面或海面上方，如同先前描述的那样。全长的柱形支撑件8能提供向下延伸到相对重的固定压舱部分12的柱形支撑。船2具有固定压舱物12、可变压舱物14和存储在罐6中的液体的低重心，其能为甲板16提供稳定性。

图6是图1的船的示意性的顶部透视图，示出了内部结构的代表性的部分。这个示图示出了内部结构，该内部结构能提供一个或多个可变压舱部分14能被形成到其内的空间。这样，可变压舱物14能被定位在这种空间中，围绕罐6用于多个目的，例如保护、绝缘，或作为另一例子，可变的平衡。

图7是另一实施方式的船的示意性的顶部透视图。图8是图7的船的示意性的顶部透视图，示出了结构和压舱物的细节。将结合彼此描述附图。这个实施方式能包括上面所描述的各种特征并且在形状上能是更加长方形的。总的来说，元件能是结构相似的。例如，固定压舱部分12能处于第一高度22。可变压舱部分14能处于第二高度24，例如在固定压舱部分12上方。存储罐在这两个附图中未被示出并且大体上能在可变压舱部分14的内部。可变压舱部分14能被布置在柱形支撑件8之间，其围绕布置在其内的各种罐。柱形支撑件8能从处于第一高度22的固定压舱部分12延伸通过第二高度24到达第三高度26，例如图3和5中所示的甲板16等结构能被形成在第三高度26上。进一步地，柱形支撑件8能包括柱形隔板28，其能在柱形支撑件8之内形成多个竖直空间20a、20b(共同被称作“空间20”)。由隔板28形成的空间20能被用作到达下面所描述的那样的下部甲板的通路。作为另一例子，一个或多个空间20能被用作额外的可变压舱部分14。

存储罐能被布置在中间甲板16a和固定压舱部分12之间。中间甲板16a能例如是双甲板结构，双甲板结构具有顶板和底板和布置在它们之间的空间。该空间能被用作具有足够高度和强度的工作空间或维护空间，以允许人员和装备到达布置在第二高度24处的存储罐6。这样，甚至当甲板16a被淹没在水下时，能获得从顶甲板16穿过柱形支撑件20到达中间甲板16a的通路，如图5所示。这样，在至少一个实施方式中，通过穿过柱形支撑件8的通路能在船上执行维护和其它处理。

图9是图7的船的内部部分的示意性的顶部透视图，示出了存储罐。如图所示的那样，罐6能被布置在固定压舱部分12上方。图10是图7的船的示意性的顶部透视图，示出了可变压舱部分。将结合彼此描述附图。通常，罐6能例如间隔开以在它们之间具有空间，该空间能为船2提供可变压舱部分14。在一些实施方式中，LNG的生产也能产生液化石油气(LPG)。一个或多个罐6，例如罐6e能被用于LPG的存储。

可变压舱部分14a、14b被示为处于第二高度24处，高于在处于第一高度22的固定压舱部分12。可变压舱部分14能至少部分地围绕罐6，例如以保护罐6。因此，通过比较图9和图10，能示出罐6能被布置在各个可变压舱部分14之间。

本发明的各种方法和实施方式能被彼此结合地包含在一起以产生所披露的方法和实施方式的变形，如同本领域普通技术人员基于这里提供的理解将理解的那样。而且，实施方式的各种方面能被彼此结合地使用以实现本发明的不言自明的目的。而且，在这里描述方向例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”和其它方向以及方位，是为了清楚地参考附图并且不是实际装置和系统的限定或者装置和系统的使用。术语“连接”、“被连接的”、“连接的”、“连接器”和类似术语在这里被宽泛地使用并且能包括用于固定、粘合、结合、紧固、附连、连接、插入其内，形成在其上或其内，连通、和其它方式相关联，例如，机械地、磁地、电地、化学地、直接地和通过中间件间接地，一个或多个在一起的构件并且能进一步包括但不限于以整体的形式与另一个整体地形成一个功能构件。连接能发生在任何方向上，包括旋转地。除非文中以其它方式载明，词语“包括”或其变形，例如“包含”或“包括的”，应当被理解成意味着包括至少所陈述的元件或步骤，或者元件或步骤的组合或其等同物，并且不排除更多的数量或任何其它元件或步骤或者元件或步骤或的组合其等同物。装置或系统能被用在多种方向和方位中。进一步地，步骤的次序能以多种顺序进行，除非以其它方式特别限定。这里所描述的各种步骤能与其它步骤相结合，插入所陈述的步骤，和/或分成多个步骤。额外地，这里的标题是为了便于读者并且不旨在限定本发明的范围。

在各种实施方式的上下文中已经描述了本发明并且没有描述本发明的每个实施方式。所描述的实施方式的显然的修改和改变对本领域普通技术人员而言将是显然的。所披露的和未披露的实施方式不旨在限定或者限制申请人构思的发明的范围或适用性，相反，遵照专利法，申请人旨在保护所有这种对这种落入到下面的权利要求的等同物的范围之内的全部内容的修改和改进。

进一步地，在本专利的请求书中所提及的任何参考文献以及与请求书一起初始提交的信息披露中所列出的所有参考文献整体以引用的方式被结合到这里，结合程度至实质上支撑本发明的实现。然而，对于所陈述可能被认为于本发明的专利不一致的部分，这种陈述显然不意味着被解释为与申请人所进行的一样。

Claims (20)

1.一种半潜式浮动存储船，包括：

固定压舱部分，被布置在第一高度处，

液化天然气存储罐，被布置在所述第一高度上方的第二高度处并且连接到所述固定压舱部分；

柱形支撑件，竖直地连接到所述固定压舱部分并且被布置在所述第一高度和所述第二高度上方的第三高度之间；

可变压舱部分，被布置在所述第一高度上方并且连接到所述存储罐；和

甲板，连接到所述柱形支撑件并且被布置在所述第三高度上方。

2.如权利要求1所述的船，其中当所述船处于半潜状态时所述第二高度在水平面下方并且所述柱形支撑件延伸到所述水平面上方至在所述水平面上方的甲板。

3.如权利要求1所述的船，其中所述可变压舱部分限定烃存储罐中的烃存储容量的一半体积的容量。

4.如权利要求1所述的船，其中所述可变压舱部分被至少部分地形成在所述柱形支撑件的内侧。

5.如权利要求1所述的船，其中所述可变压舱部分至少部分地围绕所述烃存储罐。

6.如权利要求1所述的船，进一步包括中间甲板，所述中间甲板布置成至少部分地在所述存储罐上方并且适于允许人员在所述存储罐被淹没时接近所述存储罐。

7.如权利要求1所述的船，其中所述固定压舱部分包括固定压舱物。

8.如权利要求1所述的船，其中所述可变压舱部分适于具有的压舱物重量可达液化天然气的存储重量。

9.一种用于在离岸烃生产中使用的船，包括：

固定压舱部分，具有顶部和底部并且被布置在第一水下高度处；

至少一个烃存储罐，连接到所述固定压舱部分的顶部；

多个竖直支撑构件，各支撑构件具有连接到所述固定压舱物的顶部的水下端和延伸到海面上方的高位端；

至少一个可变压舱部分，连接到所述固定压舱部分的顶部；和

甲板，具有顶表面并且连接到一个或多个支撑构件，使得所述顶表面在海面上方。

10.如权利要求9所述的船，其中所述至少一个可变压舱部分限定所述至少一个烃存储罐的烃存储容量的一半体积的容量。

11.如权利要求9所述的船，其中所述至少一个可变压舱部分围绕所述至少一个烃存储罐的至少一部分。

12.如权利要求9所述的船，进一步包括中间甲板，所述中间甲板布置成至少部分地在所述至少一个烃存储罐上方。

13.如权利要求12所述的船，其中当所述存储罐被淹没时所述中间甲板允许人员接近所述至少一个烃存储罐。

14.如权利要求9所述的船，其中所述至少一个可变压舱部分具有足够的体积，从而容纳的压舱物重量可达液化天然气的存储重量。

15.如权利要求9所述的船，其中所述可变压舱部分被至少部分地形成在一个或多个所述竖直支撑构件的内侧。

16.一种离岸存储烃的方法，包括：

提供如权利要求9所述的船，其中一个或多个存储罐未完全充满烃；

确定期望的第一和第二吃水深度；

设置所述至少一个可变压舱部分的压舱物从而建立所述第一吃水深度；

将烃添加到一个或多个存储罐；和

设置所述至少一个可变压舱部分的压舱物从而建立所述第二吃水深度。

17.如权利要求16所述的方法，其中设置所述至少一个可变压舱部分的压舱物包括将水添加到所述可变压舱部分或者从所述可变压舱部分去除水。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二吃水深度相同。

19.如权利要求16所述的方法，其中所述可变压舱部分至少部分地形成在一个或多个所述竖直支撑构件的内侧，并且其中设置所述至少一个可变压舱部分的压舱物包括改变一个或多个支撑构件的内部的至少一部分中的压舱物的体积。

20.一种离岸存储烃的方法，包括：

提供如权利要求1所述的船，其中所述存储罐未完全充满天然气；

确定期望的第一和第二吃水深度；

设置所述可变压舱部分的压舱物从而建立所述第一吹水深度；

将天然气添加到所述存储罐；和

设置所述可变压舱部分的压舱物从而建立所述第二吃水深度。

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