CN102015436B - 浮式平台及其操作方法 - Google Patents

Abstract

用于钻探、生产、存储或其他用途的，尤其适合在冰水域的浮式平台，该平台包括：外侧壁围绕平台竖直中心轴基本对称的舱体，其下端由底部封闭，为便于预期用途而安装在舱体上端的夹板，平台吃水深度大大小于平台直径，平台水下部分的浮力中心低于平台重心，其特征在于，外侧基本轴对称的舱体从舱体上部算起包含至少三部分：沿中心轴向下方直径逐渐减小的水位部分，其中在冰水域操作期间水位应当处于水位部分，圆柱状的中部和沿中心轴向下方直径逐渐增加的下部。在冰水域操作该平台的方法。

Description

浮式平台及其操作方法

技术领域

本发明涉及浮式平台，尤其涉及一种适合在开敞水域操作的浮式平台。

背景技术

在烃类钻探、生产和所生产的烃类的海上存储以及其他应用中用到了一系列广泛的概念。其中一个概念是使用浮式装置，其可以是舰船式、半潜式平台或者浮式平台。公开号为NO 319971的专利中描述一种用于烃类钻探或生产的近海平台。本专利还描述一种设计成直立的、底部基本扁平的圆柱形的平台，其特点是圆柱形平台下部配有至少一个周边圆形的切口，该切口由下面的环形件限定，平台主体的直径大大超过其吃水深度，平台水下部分浮力中心低于平台的重心。这样的结构有好的大的石油存储容量和夹板承载能力。另外，该平台的建造成本低，装配时间短且对多种不同应用环境具有较大灵活性。这种平台可通过分散抛锚固定，既不需要转塔也不需要转环来操作立管/软管和锚链。由于天气引起的旋转是不需要的，因此平台的圆形或基本圆形截面就比较有利，该平台受到的移动和应力相对于其他形式的浮式装置要小得多。因此，拉伸和拉力水平将受到限制。船身形式结构紧凑，有助于波浪载荷对拉力和拉伸力只产生有限程度的影响。

不过，仍有对这种浮式平台进行进一步改进的需求，尤其是专门用于冰水域以及其他水域的平台。

发明内容

为了满足前面提到的需求，本发明提供一种应用于钻探、生产、存储或其他用途的浮式平台，特别是用于冰水域的平台，该平台包括

外侧壁围绕平台和下部的竖直中心轴基本轴对称定位的舱体，该下部被底部封闭；

甲板，与预期用途相应安装在舱体上端；

平台吃水深度比平台直径小得多而且平台水下部分的浮力中心低于平台重心；

本发明所述平台的特征在于，

从舱体的上端算起，其基本对称的舱体外面包括至少三部分：

分别为沿着中心轴向下的直径逐渐减小的吃水线部分，在冰水域工作吃水线应位于这一部分，

圆柱状的中部以及

沿中心轴向下的方向直径逐渐增加的下部。

既然舱体围绕平台的竖直中心轴基本对称，这就表明舱体形状是由外侧壁限定的圆形或接近圆形。多边形外侧壁，比如许多沿着周边连结起来的扁平板组件，意味着包含在术语——围绕中心轴基本对称之中。

在非冰水域工作时，平台吃水深度与水位处的直径之间的比率优选在0.2-0.3之间，水位可以置于舱体中部。在冰水域工作时，该平台的吃水深度和水平面处的直径之间的比率优选在0.3-0.4之间。一般优选比率大约为0.3。

水位截面优选向下方内倾大约45°，这被认为是破冰的最佳方向并且是占优势的力。下部优选向下方外倾近似45°，这是处理和推送冰径向离开平台的优先方向。下部有助于冰的移动，以防其被牵引到舱体下面。不过，其他的倾斜角度也是可行的。各部分之间的过渡可以是急转的也可以是缓和的，以使形状类似沙漏或者放倒的U的内部。各部分典型的尺寸是水位截面高度为10-15米，中部高度为5-15米，底部高度为2-4米。各部分的尺寸可以超过上述值，这取决于在预定的操作区域的冰层厚度和其他可预期的冰面环境以及平台的大小和吃水深度。

作为生产和/或存储装置，平台优选包括一个可去除的、向下延伸的主体(连接件)，与平台竖直中心轴同轴，为了锚索、锚链、立管和/或缆绳等的附着和/或引导而从外侧壁底边退出并且有自身浮力。在冰水域，优选有这种可去除的部件，因为立管、软管、缆绳、锚索和锚链从周边放下，从而避免被冰损伤，露出来的连接区域在平台底部下面拉下一段距离。任何进入平台下面的冰块都必须向平台中心内移相当大的距离才能到达附着区域，以便冰块可能升起至平台底部而不触碰任何立管、锚索等。如果遇到大的冰川，该连接件可以拆卸，然后沉至安全深度，该深度由连接件的浮力与附着装置的重力之间的平衡决定。可去除的连接部件在平台底部之下延伸至少10米，然后有了用于附着/引导立管的区域。

对于平台的一些应用，尤其是在深水区的应用，不需要抛锚固定，在某些应用中也不需要任何可去除的连接件。对于一些应用例如在深水域钻井时，可用动态定位方法定位浮式平台。

本发明还提供一种用本发明所述的浮式平台在冰水域中操作的方法，其特征在于，平台被压舱，以便在整个装置压舱操作过程中水位始终处于水位部分。

对各种规格的本发明所述的浮式平台在范围广泛的各种环境进行综合测试，得出结果非常乐观。

附图说明

本发明及其优势通过以下四图来图示说明：

图1示出本发明所述浮式平台的视图；

图2-4是圆形、直立的Sevan平台、半潜式平台以及舰船式平台之间的对比数据，本发明的平台是Sevan平台的一种，其中：

图2图示说明起伏运动数据，

图3图示说明倾斜运动数据，

图4图示说明摇摆运动数据。

具体实施方式

参照图1，图1在侧视图中图示说明本发明所述的浮式平台。浮式平台1包括舱体2，舱体2围绕平台的竖直中心轴基本对称而且下端被底部3封闭。甲板4与预期用途相应安装在舱体上端。从图中可以清楚地看到平台的吃水深度比平台直径小很多。不太明显的是平台水下部分的浮力中心低于平台重心。可以清楚地看到，舱体2轴对称的外侧从舱体的上端算起包括至少三部分，即：

水位部分5，在沿着中心轴向下方直径逐渐减小，在冰水域工作期间，大海的水位位于水位部分，

圆柱状的中部6，以及

沿中心轴向下方直径逐渐增加的下部7。

向下方，水位部分朝着中心轴内倾近似45°，而底部则向外倾斜大约45°。水位处平台的吃水深度与直径之间的比率近似为0.3。另外，图1还示出了可去除的、向下延伸的部件(连接件)8，连接件8与平台竖直中心轴同轴，并且退出到远离舱体外侧壁的下边缘的位置。连接件8用于根据需要连接立管、锚索/锚链、软管、缆绳等。立管的连接区域低于平台底部至少10米，这样的布置在冰水域中有好处。

在冰水域操作期间，平台被压舱成水位处于水位部分。而且，将水位定位成其上边缘达到水位部分的上部被认为是有利的。在非冰水域操作期间，压舱操作可以使水位在圆柱状的中部6处，其中在水位处有竖直侧面的圆柱形使平台移动较小。

该浮式平台可以有许多应用，而且根据预期应用，甲板和内部安装也很便捷。而且，该平台可用作FPSO(浮式生产储存卸货装置)、FPU(浮式生产单元)、MODU(近海移动钻井单元)、MSV(多功能支持船)、FLNG(浮式液化天然气生产装置)、GTW(天然气直通电线，即近海发电厂)FDPSO(浮式钻井生产存储卸货装置)FAU(浮式住所单元，即居住区)、或其他用途。

图2-4图示说明对于在湍急水域中运动来说这种平台结构的通常已知的优点。图2是竖直轴对称平台(Sevan)、半潜式平台和舰船式平台分别随来自船体侧面前方的波浪而起伏运动的曲线视图。图3表示在相同环境下的Sevan平台、有来自前方的海浪的半潜式平台以及有来自侧面的海浪的舰船式平台的倾斜度，而且从图中可以清楚地看出一般Sevan结构在不同环境下的优势。图4是这三种浮式装置在相应的环境下摇摆运动的视图，而且可以清楚地看出，相比较而言，Sevan结构具有非常有利的性能，半潜式装置紧随其后，而舰船式平台则具有大得多的摆动。

由于存储和载荷能力非常有限，而且几乎不能在冰水域使用，所以半潜式平台因功能性不足而不能与本发明的浮式平台相媲美。

如前所述，通过综合测试发现，本发明的浮式平台的性能在冰水域非常有优势。且在促使冰向比例为1∶40的平台模型运动的情况下进行测试。如前所述，在冰水域，强制性地使水位处于水位部分，这就意味着朝着舱体向下方冰被自然破碎。同时，舱体将受到具有向上方的分量的力。不想受任何理论束缚，假设过来的冰块对平台施加累积抗力使平台面对运动的冰的一侧(迎风方向)抬起一定程度，直到平台的浮力比冰块施加的力更强的时刻。平台因而会绕着水平轴摇晃或倾斜，不过平台的结构通过摇摆平台而引起这一运动。这是因为浮力比冰施加的力增加得更快，这将引起非常适中的运动，当水位处于水位部分时该作用被认为特别明显。当一定量的冰向水位部分这侧聚集时，将获得力量的平衡，但是平台自身能力会纠正这种状态，因为平台的浮力中心移至该侧而使浮力产生大的变化(重心与浮力中心之间的距离变大)，这就使平台又摇晃/旋转回原来的位置，而此时冰已经破碎冰向下方散开。水流的运动和平台运动引导冰沿中部向下运动，接着冰跟着水流沿着下部进一步向下运动，沿着下部外表面朝远离中心轴的方向分散开去。这样，冰被弯折/破碎，向下引导并沿着与未破碎前相反的运动方向运动，接着通过平台壁附近水流增加的速度，冰作为较小的碎块又浮上水面并且围绕平台运动。冰块在平台周围高效地破碎和移动，而不产生任何破坏。平台适中的摇晃运动有助于减小碎冰块和平台之间的摩擦，因为平台再次摆回去的时候产生径向向外的水流。摇摆运动或起伏运动看起来逐渐有自然频率。因为平台周围的水流随着平台运动，因此速度比周围水域的水流速度高。这有助于碎冰块被运输到平台周围的“水垫”上去。但是，撞击到平台上的水流还可以分流到平台下面，尤其是大的平台，因为对于水流来说，这意味着一种比平台周围所有路径更短或更简单的路径。这将导致我们不愿意看到的现象：碎冰块流至平台下面，不过已经证明下部的形状会有效地阻止碎冰流到平台下面，此外还有助于增强“水垫”作用。

我们测量并拍摄了平台在结冰环境下的运动，证明通常平台的起伏运动不会超过6°，即使是在北极100年前形成的冰川也是一样而且所有自由度上的加速度都很小。应当说明的是，已经证明其他浮式平台概念在相同的冰载荷下产生大得不可接受的“跳跃”形式的运动，有时有大的加速度。本发明的平台的运动和冰的累积量很小，因为几乎不存在“跳跃”运动和大的加速度。

平台优选装有用于对装配进行操作的推进器，推进器还优选适合用于在下部周围的区域螺旋清洗，有朝挡风板一侧的表面和朝各侧面向外的作用。

Claims (8)

1.一种适合在冰水域的浮式平台(1)，包括：

外侧壁围绕平台竖直中心轴基本对称的舱体(2)，其下端被底部(3)封闭，

在舱体上端的甲板(4)，

平台吃水深度小于平台直径而且平台水下部分的浮力中心低于平台重心，

其特征在于

外侧基本对称的舱体(2)从舱体上端算起包括至少三部分：

直径沿中心轴向下方逐渐减小的水位部分(5)，在冰水域操作期间水位处于水位部分，

圆柱状的中部(6)以及

直径沿中心轴向下方逐渐增加的下部(7)，

而且该平台还包括：压舱装置，该压舱装置被配置成选择性升高或降低水中的平台舱体以使水位处于水位部分(5)或处于中部(6)；以及可去除的向下延伸部件(8)，该部件有自身浮力，与平台竖直中心轴同轴并且从外侧壁下边缘退出，用于锚索、锚链、立管和/或缆绳的附着和/或引导。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，平台的吃水深度与水位处直径之间的比率近似0.3。

3.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，水位部分(5)向下方内倾近似45°。

4.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，下部(7)向下方外倾近似45°。

5.根据上述任一项权利要求所述的平台，其特征在于，该可去除的向下延伸部件(8)是用来附着并/或引导锚索、锚链、立管和/或缆绳的连接件。

6.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，该可去除的向下延伸部件在平台底部之下延伸，然后出现用来附着/引导立管和锚索的区域。

7.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，该浮式平台(1)是用于钻探、生产或者存储的平台。

8.一种根据权利要求5所述的浮式平台的操作方法，其特征在于，根据该平台是否位于冰水域，操作该平台中整合的压舱装置以选择性升高或降低水中的平台舱体从而使水位处于水位部分(5)或处于中部(6)，还包括拆卸可去除的向下延伸部件(8)，然后沉至安全深度，该深度由连接件的浮力与附着装置的重力之间的平衡决定。