CN102317150B - 浮式海上结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种浮式海上结构。该用于钻探或者开采的浮式海上结构包括在所述海平面之上和之下垂直延伸的、圆柱形状的半浸没平台主体。所述平台主体形成有减小了其横截面的凹陷部分。该凹陷部分是沿着所述平台主体的外周表面间断地形成的。调节所述平台主体的浸没深度，使得在极端的海洋条件下，其水线位于所述凹陷部分之处。

Description

浮式海上结构

技术领域

本发明涉及一种浮式海上结构，更具体而言，涉及一种被配置来避免由波浪所造成的垂直共振的浮式海上结构。

背景技术

用于钻探或者开采的浮式海上结构，在海上漂浮时，由于有波浪、风和潮水，会呈现诸如翻滚(rolling)、颠簸(pitching)和起伏(heaving)之类的运动。相应地，使这些运动最小化来使浮式钻探/开采设施的效率最大化是重要的。

最近提出的一种用于开采的浮式结构是一种诸如深水浮筒(spar)或者浮标之类的结构，它的高度基本上大于它的直径，SEVAN提出了一种结构，其直径基本上大于其高度。这些结构有各种形状，包括圆柱形、矩形和八边形，目的是通过质量中心比水下结构的浮力中心低而达到稳定。

与轮船不同的是，像深水浮筒(spar)或者浮标之类、高度基本上大于其直径的浮式海上结构，被设计成具有很小水线面面积的理想形状，目的是使翻滚、颠簸和起伏最小化。但是，这些海上结构具有长形的形状，难以制造、运输和安装，不能包括储存功能。

同时，为了使深水浮筒或者浮标具有储存功能，提议用一种直径比高度大的圆柱形浮式海上结构(在下文中称为“SEVAN型海上结构”)。由于SEVAN型海上结构具有圆柱形状，显著地减小了翻滚和颠簸。

但是，在处理SEVAN型海上结构的起伏方面，随着储存能力增加，圆柱结构的直径变大，导致水线面面积增加。

相应地，SEVAN类的海上结构的起伏运动的自然周期变短，呈现出接近极波(extreme wave)条件下的波浪周期的趋势，极波条件的周期为100年或者更多年，因台风或者异常的天气产生。当SEVAN型海上结构的自然周期接近于波浪周期时，会出现共振现象，造成过大的起伏运动。

另外，为了防止这样过大的起伏运动，需要用过大的锚泊系统来使SEVAN型海上结构稳定，但是如果起伏运动超过锚泊系统的设计值时，SEVAN型的海上结构变得不能工作。

同时，现有的轮船类型的海上结构包括多个用于储存所生产的资源的货物箱和压载箱。在这种情况下，每个箱子装有潜水泵。不但潜水泵是一种昂贵的装备，并且因为每个箱子需要配备一个潜水泵，所需的成本过高。

发明内容

[技术问题]

要解决上述问题，本发明提供一种浮式海上结构，被配置来显著降低在极端的海洋条件下的起伏运动。

[技术方案]

要解决上述的问题，本发明的一个方面的特征在于一种用于钻探或者开采的浮式海上结构，其包括在海平面之上和之下垂直延伸的、圆柱形状的半浸没平台主体。在所述平台主体中形成一个减小所述平台主体的横截面面积的凹陷部分。该凹陷部分沿着所述平台主体的外周表面间断地形成，所述平台主体的浸没深度以这样一种方式被调节，使得在极端的海洋条件下，水线位于所述凹陷部分。

在上面形成有所述凹陷部分的所述平台主体的外周表面上可以形成由相邻的凹陷部分所限定的凸出部分。

所述平台主体可以包括沿径向设置在所述平台主体的侧面和底部的多个压载箱，在每个压载箱上可以形成所述凹陷部分和凸出部分，每个压载箱可以具有能通过所述凸出部分将所述压载箱的上部和下部以直线连接的空间。

所述凸出部分可以与相邻的压载箱接连地设置在一起。

所述平台主体可以包括沿径向设置的多个货物箱以及可以在所述平台主体中形成的垂直延伸的中心部分，可以在所述中心部分的下部设置用于泵出所述压载箱内的水的压载泵和用于泵出所述货物箱内的货物材料的货物泵。

所述平台主体可以包括设置在所述中心部分的下侧的下压载箱，在所述下压载箱和每个压载箱之间可以形成一定的梯级高度，使得位于所述下压载箱之上的所述压载泵和所述货物泵可以被设置在每个压载箱的下部附近和所述货物箱的底板附近。

所述平台主体可以包括一个延伸部分，其形成用于增加从所述浮式海上结构的负重线到所述平台主体的上端的横截面面积。

所述延伸部分可以与所述平台主体的中心线成30度角。

[有益效果]

通过形成减小所述平台主体的横截面面积的凹陷部分，并且在极端的海洋条件下，使所述浮式海上结构的水线位于所述凹陷部分之处，本发明可以增加所述结构的起伏的自然周期，使得所述浮式海上结构避免了由极波所造成的垂直共振。

另外，通过在每个压载箱上形成所述凸出部分，每个压载箱可以具有一个由所述凸出部分将每个压载箱的上部和下部以直线连接的空间，从而符合SOLAS协定的要求。

另外，通过将所述压载泵和所述货物泵设置在所述平台主体的中心部分的下部，可以使连接所述泵和所述箱的管道长度最小，从而使空间利用率最大化。另外，可以适当调节所述泵的数目，从而节省了成本。

附图说明

图1是简单地显示根据本发明实施例的浮式海上结构的一部分的横截面视图。

图2是沿着图1的II-II线看时的横截面视图。

图3是沿着图1的III-III线看时的横截面视图。

图4是沿着图3的IV-IV线看时的横截面视图。

图5显示的是包括在根据本发明的一个实施例的浮式海上结构内的平台主体的中心部分的下部。

具体实施方式

接下来参考附图来描述本发明的实施例，相同的或者对应的元件的参考标号相同，不再对这些一致的或者对应的元件进行冗余的描述。

图1是简要地显示根据本发明的一个实施例的浮式海上结构的一部分的剖视图，图2是沿着图1的线II-II看时的横截面视图。图3是沿着图1的线III-III看时的横截面视图。图4是沿着图3的IV-IV看时的横截面视图。

参考图1，根据当前实施例的浮式海上结构1是用于钻探或者开采自然资源，诸如石油和天然气，并包括平台主体10。在这里，钻探的或者开采的自然资源不局限于石油和天然气，而是包括碳氢成分的所有自然资源。

平台主体10的形状为圆柱体，在海平面的上方和下方垂直延伸。在这种情况下，平台主体10的横截面为圆形或者多边形。在平台主体10的上侧上可以装载钻探或者开采所需要的各种类型的装备2。

具有上文描述的平台主体10的浮式海上结构1的浮力中心比浮式海上结构1的质量中心低。在这种情况下，如果平台主体10的横截面为圆形，所述横截面的直径(D)大于浸没的深度(T)。如果平台主体10的横截面为多边形，从其横截面的中心到一个角的距离大于浸没的深度。

参考图1和图2，平台主体10具有双层的地板和双层的侧壁。这样的双层地板和双层侧壁防止了当平台主体10从外部受损时平台主体10内的货物泄漏出去。由所述双层地板和所述双层侧壁所限定的空间用作压载箱。

在当前实施例中，平台主体10包括沿径向排列的多个压载箱16。每个压载箱16是沿着平台主体10的一侧和底部形成。

在当前实施例中，平台主体10包括沿径向排列的多个货物箱18。在货物箱18中储存由装载在平台主体10的上侧上的开采装备所开采的石油和天然气之类的货物。

参考图3，所形成的平台主体10具有一个凹陷部分12。相应地，沿着其垂直方向横截面面积保持恒定的趋势的平台主体10，在凹陷部分12形成之处横截面积缩小。

下面的方程式展现了典型的圆柱体的水平面面积和其上下起伏的自然周期(T)之间的关系。

其中，C＝ρgA_w，m_v＝(M+M_a)——(1)

(ρ：水的密度；g：重力加速度；A_w：水平面面积；M：圆柱体质量；M_g：水中的额外质量)

从上文的方程式(1)可推导出，圆柱体上下起伏的自然周期与圆柱体的水平面面积成反比。在这里，水平面面积是水线所处的圆柱体的位置的横截面面积。

因此，当水线位于图1中凹陷部分12形成之处的III-III截面时，平台主体10的上下起伏的自然周期大于当水线位于图1中没有形成凹陷部分12的III-III截面时平台主体10的上下起伏的自然周期。同样的结果展示在包括平台主体10的浮式海上结构1中。

例如，当水线位于图1的II-II的截面时，浮式海上结构1可以与极端海洋条件下所产生的极波具有相同的或者类似的自然周期。

在这里，极端海洋条件指的是统计上每100年、1000年或者10000年一遇的在所述浮式海上结构所漂浮的海洋中所产生的极波。

在这种情况下，通过调节平台主体10的浸没深度，使得水线位于图1中凹陷部分12形成之处的III-III截面，包括有该平台主体10的浮式海上结构1的起伏的自然周期增大，使之有可能避免由极波所造成的垂直共振。

在这里，与没有形成凹陷部分12之处的横截面面积相比，要求充分减小凹陷部分12形成之处的横截面面积，以避免极波所造成的垂直共振。

在当前实施例中，沿着平台主体10的外周表面间断地形成凹陷部分12。在上面形成有凹陷部分12的平台主体10的外周表面上形成由相邻的凹陷部分12所限定的凸出部分14。

在当前实施例中，在每个压载箱16中形成凹陷部分12和凸出部分14。在这种情况下，可以从图1中看出，每个压载箱16具有一个由凹陷部分12弯曲的空间。另外，可以从图4中看出，每个压载箱16具有一个空间(S)，将压载箱16的上部和下部沿凸出部分14以直线连接。

根据SOLAS协定(海上生命安全国际协定)，要求压载箱有连接其上部和下部的空间，目的是挽救生命。因为这一点，当前实施例的每个压载箱16形成有凸出部分14，每个压载箱16形成有将其上部和下部以直线连接的空间。

另外，将每个压载箱16的上部和下部经由凸出部分14以直线连接的空间可以用作输送使立管和箱稳定所需的各种管道的路径。

上文描述的凸出部分14可以与相邻的压载箱16接连设置，如图2所示。

参考图1所示，在当前实施例中，所形成的平台主体10具有在平台主体10内垂直延伸的中心部分20。在这样的中心部分20中，设置操作浮式海上结构1所需的机器装备和管线。中心部分20也有可能用作月池来容放所述立管或者其它钻探装备。

在中心部分20的下部，设置机室22。在机室22中放置用于泵出压载箱16内的水的压载泵26和用于泵出货物箱18内的货物材料的货物泵28。

这样的布局可以使空间的利用率最大，因为可以使连接每个泵26、28和每个箱16、18的管道的长度最小。

在这种情况下，压载泵26的数目不需要等于压载箱16的数目，有足够的适当数目的压载泵26来从压载箱16内泵出水。

同样，货物泵28的数目也不需要等于货物箱18的数目，有足够的适当数目的货物泵28来从货物箱18中泵出货物材料。

图5显示的是包括在根据本发明实施例的浮式海上结构中的平台主体的中心部分的下部。参考图5，在当前实施例中，在位于机室22的下侧上的下压载箱17和设置在下压载箱17周围的压载箱16之间形成一个梯级高度。

通常泵的排量是由流速和水位差所决定的。这样的梯级高度允许设置在机室22内的压载泵26和货物泵28靠近压载箱16的底板和货物箱18的底板，从而降低了水位差。因而使压载泵26和货物泵28的能力最小。

参考图1，当前实施例的平台主体10包括扩展部分19，形成它是来增加从浮式海上结构1的负重线到平台主体10的上端的横截面面积。在这种情况下，扩展部分19与平台主体10的中心线成锐角，优选的是30度。

相应地，平台主体10的上端部比平台主体10的负重线下方的一部分的横截面面积宽，可以使装载在平台主体10之上的设备2的安装面积最大。在这种情况下，可以将平台主体10的上端形成为圆形或者多边形形状，方便于安装所装载的装备。

接下来参考图1来描述当根据当前实施例的浮式海上结构在极端的海洋条件下时，避免极波所造成的垂直共振的步骤。

接下来的描述将假设，当水线分别位于平台主体10的II-II截面(见图1)和III-III截面(见图1)时，浮式海上结构1的起伏的自然周期是18秒和20秒。

另外，假设在浮式海上结构1的漂流区域内，波浪在通常的海洋条件下的周期是16秒，在极端海洋条件下的周期是18秒。

首先，当水线位于平台主体10的II-II截面(见图1)时，浮式海上结构1是在通常的海洋条件下漂浮时，浮式海上结构1的起伏的自然周期是18秒，波浪的周期是16秒。相应地，在浮式海上结构1中不会出现垂直共振。

然后，如果浮式海上结构1漂浮的区域的海洋条件恶化到极端海洋条件，水线保持在平台主体10的II-II截面之处(见图1)，浮式海上结构1的起伏的自然周期和极波的周期都是18秒，有可能在浮式海上结构1中出现垂直共振。

要避免这样的垂直共振，在极端的海洋条件到来之前调节浮式海上结构1的浸没深度，使得水线位于III-III截面之处(参见图1)。

在这种情况下，由于在所述凹陷部分形成之处的III-III截面的横截面面积小于II-II截面的面积，浮式海上结构1起伏的自然周期从18秒增加到20秒，与极波的18秒周期不同。因此，不会在浮式海上结构1中出现垂直共振。

至此已经描述了本发明的某个实施例，但是本发明的技术点不局限于此处描述的实施例，应当理解的是，与本发明相关的领域内的任何技术人员可以通过在同样的技术构思内补充、修改、删除和添加要素提出另一个实施例，但是这样也应当是属于本发明的技术构思。

Claims (6)

1.一种用于钻探或者开采的浮式海上结构，该浮式海上结构包括在海平面之上和之下垂直延伸的圆柱形状的半浸没平台主体，其中：

在所述平台主体中形成凹陷部分，该凹陷部分减小了所述平台主体的横截面面积；

所述凹陷部分沿着所述平台主体的外周表面间断地形成；以及

在形成有所述凹陷部分的所述平台主体的外周表面上形成凸出部分，所述凸出部分是由相邻的凹陷部分所限定的；

沿径向设置在所述平台主体的侧面和底部上的多个压载箱；

所述凹陷部分和所述凸出部分形成于每个压载箱上；

每个压载箱具有能由所述凸出部分将所述压载箱的上部和下部以直线连接的空间；并且

所述平台主体的浸没深度以这样一种方式被调节，使得在极端海洋状况下，水线位于所述凹陷部分。

2.根据权利要求1的浮式海上结构，其中所述的凸出部分与相邻的压载箱接连地设置在一起。

3.根据权利要求1或2的浮式海上结构，其中：

所述平台主体包括沿径向设置的多个货物箱；

在所述平台主体中形成中心部分，该中心部分垂直延伸；并且

在所述中心部分的下部设置用于泵出所述压载箱内的水的压载泵和用于泵出所述货物箱内的货物材料的货物泵。

4.根据权利要求3的浮式海上结构，其中：

所述平台主体包括设置在所述中心部分下侧的下压载箱；

在所述下压载箱和每个压载箱之间形成梯级高度，使得位于所述下压载箱之上的所述压载泵和货物泵可以被设置在每个压载箱的下部附近和所述货物箱的底板附近。

5.根据权利要求4的浮式海上结构，其中所述平台主体包括扩展部分，其形成用于增加从所述浮式海上结构的负重线到所述平台主体的上端的横截面面积。

6.根据权利要求5的浮式海上结构，其中所述扩展部分与所述平台主体的中心线成30度的角度。

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