CN102361790B - 在覆盖有冰的水中运行的船舶或浮式结构物及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在覆盖有冰的水中运行的船舶或浮式结构物，包括船体或类似结构(1,1')，其包含有在冰或船舶移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端或类似的船体部分(2,2')。所述船首状末端或类似的船体部分(2,2')在船体的水下部分装有用于将主要为向上导向的一股或几股强力水流引向船首状末端或类似的船体部分(2,2')所遇到的冰或冰原的装置。本发明还涉及一种使用船舶或浮式结构物的方法。

Description

在覆盖有冰的水中运行的船舶或浮式结构物及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种在覆盖有冰的水中运行的船舶或浮式结构物，该船舶或装置包括船体或类似结构，其包含有在冰或船舶移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端或类似的船体部分。本发明还涉及一种使用船舶或浮式结构物的方法。

背景技术

在覆盖有冰的海域内的石油勘探和钻探活动是通过使用不同种类的船舶和浮式结构物例如石油钻井平台实现的。特别是在所谓的钻探船中，船舶的船体设有钻探井架和钻探装置。为了保持船舶的位置，需要将其锚定。为此要使用不同种类的延伸通过船舶底部至海底的锚索系统。另外，为了保持船舶的位置，船舶中的推进系统特别是所谓的全回转舵桨设备可以被用作辅助。在这些条件下，随着风和/或洋流一起移动的冰块是多种严重问题的来源。首先，冰会靠向船舶或浮式结构物的船体堆积并被撞碎，并且其可能会使船舶移动离开其运行区域。被碾碎或撞碎的个体冰块很容易在船舶下方漂移，在此它们可能会破坏钻探设施以及易于损坏的其他设备。而且，冰块会阻碍船舶中推进设备的运行。如果浮式结构物被成形为船也就是说其是细长并且相对狭窄的，由此它能够转向接近的冰块，那么就能够更加经济地避免诸如此类的这些问题。在本文中，结构物中的船首状末端或船首是指浮式结构物中遇到冰载荷的特定船体部分。

专利文献WO 2007/089152A1公开了一种涉及船舶的解决方案，其中将设置在船舶一端用于破冰的特殊装置与推进器主体一起使用以破冰和移走冰块。但是在这种装置中，设备容易承受由冰产生的强作用力并且容易破损。

专利申请WO 2008/116964公开了设置在船舶前部的推进设备，该设备能够被用于将船舶推向冰原。但是在此情况下设备同样容易破损。它们也倾向于在船舶下方驱动冰块。

也已经提出了用于减小冰和船体之间摩擦的解决方案。文献US 3580204公开了一种用于在冰和船舶侧部之间引发气泡的鼓风装置，目的是为了有助于船舶在充满冰的水中行进。

因此，例如通过围绕易于损坏的设备设置保护裙边来保护装在船舶底部的装置和设备就是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型装置，利用该装置可以比先前更加有效地减少或者避免在覆盖有冰的水中进行石油勘探和钻探活动所涉及的上述问题。本发明的具体目的是提供一种应用于船舶或浮式结构物的结构构思，通过这种构思能够尽可能简单和经济地解决由冰原造成的问题以使得船舶或浮式结构物尽管在由冰原施加的压力下也能够被保持在其工作位置，并且与此同时它的结构能够避免断裂。

本发明的目标主要根据本发明的方案来实现。根据本发明，公开了一种在覆盖有冰的水中运行的浮式结构物，包括吃水线和船体，其包含有在冰或浮式结构物移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端，船首状末端在船体的水下部分设有一条或几条流动通道，流动通道设有泵送装置或推进器，船首状末端包括浸没的突起，其中，一条或几条流动通道相对于吃水线竖直地或倾斜地定位，并且从浮式结构物底部的下面延伸穿过浸没的突起，用于引导向上导向的水流流向船首状末端所遇到的冰或冰原。根据本发明的一实施例，流动通道内的水流量被设置为单独控制或者按照所需的分组控制。根据本发明的另一实施例，相对于吃水线竖直地或倾斜地定位的流动通道中的至少一些流动通道被设置为支路。根据本发明的另一实施例，方向向前的第二突起被设置在船首状末端的浸没的突起的上方，并且第二突起的下侧设有表面，表面在船首状末端倾斜地朝向浸没的突起向内倾斜以使得设有破冰斜面的凹口形成在船首状末端的突起之间。根据本发明的另一实施例，承受冰的载荷效应的船首状末端被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。根据本发明的另一实施例，相对于船体的吃水线突出的浸没的突起被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。根据本发明的另一实施例，浮式结构物是装备用于钻探、回收或存储石油或天然气的钻探船舶，该钻探船舶设有钻探井架以及锚定装置，钻探井架具有设置在船体内、在船首状末端之后的设备，锚定装置用于基本上保持船舶的位置。根据本发明的另一实施例，浮式结构物是船舶。根据本发明，还公开了一种在覆盖有冰的水中使用浮式结构物的方法，该浮式结构物包括吃水线和船体，船体包含有在冰或浮式结构物移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端，为了减小施加在浮式结构物上的冰载荷，船首状末端在任何情况下都转向冰载荷主要的接近方向，并且船首状末端设有一条或几条流动通道，流动通道设有泵送装置或推进器，船首状末端包括浸没的突起，其中，从浮式结构物底部的下面产生被竖直地或倾斜地向上引导通过一条或几条流动通道而流向船首状末端所遇到的冰或冰原的水流，其中一条或几条流动通道相对于吃水线竖直地或倾斜地定位并且延伸穿过浸没的突起。根据本发明的另一实施例，利用通过浸没的突起提供的基本为向上导向的水流，在船体附近提供从船体引出的水流。根据本发明的另一实施例，利用通过浸没的突起提供的基本为向上导向的水流，提供船体和冰之间的减摩擦效果。根据本发明的另一实施例，通过浸没的突起提供的向上导向的水流，在需要时也可以被用于使浮式结构物转向。根据本发明的另一实施例，通过浸没的突起提供的向上导向的水流，设置为被单独地控制或者按照所需的分组控制。根据本发明的另一实施例，浮式结构物是船舶。根据本发明，船首状末端或类似的船体部分在船舶或浮式结构物的水下部分设有用于向着由船首状末端或类似的船体部分遇到的冰或冰原引导一股或几股主要为向上导向的强力水流的装置。由此，根据本发明，水流取决于在各示例中船首状末端或类似的船体部分的形状而被直立或者倾斜地向上引导。

给出的解决方案使得可以提供一种强力并且相对经济、有效和易于实现的被引导至船舶的船首状末端或类似的船体部分区域的水流，目的是为了通过利用一条或几条基本竖直的流动通道来破冰并且将其从船体冲走。安装在通道内的泵或推进器生成向上的强力水流。水优选相应地从船舶的底部下方获取或者从底部的方向通过一个或几个开口获取。用这种方式，就可以避免一条或多条通道的堵塞。喷射水流被向上引导或者部分引导至侧部或向前引导。

强力水流有助于破开坚冰并将冰块以及破裂冰原内的浮冰从船舶或浮式结构物冲走，从而在船舶或浮式结构物前方提供无冰区。水流还可以在冰的冲击最大的船首状末端区域内精确地影响船体和冰之间的摩擦。这样就得到了一种解决方案，其中由冰施加的总载荷较小并且避免了船体以下的冰块漂移。

通过冰的有效冲洗即可保持船舶位置或使其在移动的冰原内缓慢行进，从而减小冰的作用力。利用给出的解决方案还可以避免在冰间水道内前行时在具有球鼻船首的船舶例如油槽船前方有冰堆积并且减小由冰造成的阻力。该解决方案使得能够将设计用于开阔水域条件下的船首在充满冰的条件下也更加有效地使用。该装置并不包括任何易于破损的突出部分。

还可以实现其他的优点，例如通过倾斜地向上引导水通道以使它们还能够在开阔水域条件下被用于使船舶转向。

为了使破冰更为有效，承受冰的载荷效应的船首状末端优选地被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。另外，相对于船体的吃水线伸出的浸没部分被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。

本发明可以被用于例如以下的应用中：需要DP(动态定位)能力也就是在移泊状态下保持位置的能力的钻探船，开采船舶，在装载情况下将球鼻船首连接至装载塔的“缓慢”船舶；还有处于锚定以及在充满冰的水中缓慢前进期间的上述船舶，半潜式石油钻井平台，以及其他的浮式结构物。该解决方案还可以被应用作为对具有球鼻船首的现有船舶的改装。

附图说明

以下将参照所附示意图对本发明进行举例说明，在附图中：

－ 图1示出了从下方斜视的根据本发明的船舶或浮式结构物中的一个船首状末端的原理；

－ 图2示出了从上方斜视的图1中的船首状末端，

－ 图3示出了图2中船首状末端的放大视图，

－ 图4示出了直接从前方看的图1中的船首状末端，

－ 图5示出了将本发明应用于钻探船的原理，其设有一种形状的船首状末端，

－ 图6示意性地示出了如何将本发明应用于钻探船或开采平台，其设有一种可选形状的船首状末端，

－ 图7示出了根据本发明的船舶遇到冰时的情况，

－ 图8示出了如何将本发明应用于石油钻井平台，以及

－ 图9示出了在与图8相对应的应用中的根据本发明的通道装置的一个可选实施例。

具体实施方式

在附图中，附图标记1是指船舶或浮式结构物的船体，其设有船首状末端或类似的船体部分2并且设有底部3或类似的水下部分。具体参照如图1-4所示的实施例，船首状末端2位于装有突出部分4的船体的吃水线之下，突出部分4可以设有一条或几条流动通道6，其包含有泵送装置或推进器8用于生成主要为向上导向的强力水流并且用于将水流引向船首状末端所遇到的冰原，正如其他附图中所示的那样。

图1-4仅示出了一条流动通道6，其被分为两条支路6a和6b。但是如果需要的话，换句话说，根据船舶的结构、其使用目的和运行区域并由此根据实际情况下可能的冰载荷的性质，可以在船首状末端的区域内优选地可以设有多条通道，冰主要就撞击在这一区域上。

水流的目的除了有助于破冰以外，还在于减小船体和冰之间的摩擦以及在船体附近提供水流，该水流从船体引出并且同时会倾向于移动破开的冰块远离船体。

在如图1-4所示的实施例中，在船首状末端上的浸没突起4的上方还有另一个方向向前的突起5，其下侧设有倾斜地朝向下方的突起4向内倾斜的表面7。这些倾斜的表面非常适用于破冰。而且，浸没突起4的上表面优选地可以被制成为倾斜的，由此一旦船首状部分遇到冰原，那么所述倾斜表面之一就可以与流经流动通道6的强力水流一起用于进行破冰。

流动通道6延伸穿过浸没突起4以使得可以从船舶底部3的区域获取引导通过其中的水。用这种方式，通道6的下面的孔口就不容易被冰以及从冰原脱离的冰块堵塞。

图5示出了将本发明应用于钻探船的原理，其设有安装了钻探设备的井架9并且其利用缆索或某种其他类似的方式锚定至海底。在此情况下，船舶中的船首状末端2同样设置有一条或多条流动通道6，其设有推进器或泵送装置8。在此情况下，流动通道6自身被相对于吃水线倾斜地定位，因此其水流也被倾斜地引向接近的冰原。

如图6所示的实施例与图5中实施例的不同之处在于船首状末端2包含有成形在船首处的水下船底边11也就是在包括油槽船在内的若干种类型的船舶中很常见的所谓球鼻船首。在此情况下，一条流动通道或多条流动通道6及其中的水流几乎竖直向上地被引向冰原。因此，本发明也可以有利地被应用于在冰间水道内移动的油槽船，原因在于提供的水流倾向于在船首状末端的区域内保持冰间水道畅通从而充分地有助于船舶在冰间水道内行进。

图7示出了从上方看根据本发明设有位于船首状末端的流动通道6的船舶与冰原相遇的情况。因此，根据情况，船舶可以固定其位置且冰原向其移动，正如图中箭头所示的那样，或者船舶和冰原均可相对于彼此移动，或者船舶可以试图移动通过冰原。在任何一种情况下，主要位于船首状末端2与冰原的碰撞区域内的流动通道6以及从通道引导的强力水流都有助于破冰并将脱离的冰块从船首状末端2的区域移走。因此，很自然地应建议将船舶转向冰原和/或船舶的移动流向，目的是为了使装置尽可能高效地发挥作用。

图8和9示出了如何将本发明应用于用作所谓半潜式石油钻井平台或开采平台的浮式结构物，其包含有船体1'，具有一个或几个船首状末端或类似的船体部分2'，甚至其中有多个可以设有一条或多条流动通道6'。这些流动通道可以倾斜或竖直地位于装置的浸没部分内以使由它们生成的强力水流主要引向或基本上被向上引向接近的冰原。在所述的船首状末端或类似的船体部分2'中，有一个总是被适当地转向以接受冰原的主要载荷。但是，根据本发明的解决方案也可以有利地被用于这样的情况：其中船舶或多或少地被冰原包围并且其方向可以根据风和流动状态而改变。

在图9中，与船首状末端相对应的竖直船体部分2'设有多条流动通道6'，水从下方的较低端引入到多条流动通道6'。根据冰和船体部分2'的相遇角度，这些流动通道基本上共同减小冰的载荷并由此使得可以保持船舶的位置。

流动通道6,6'内的流量可以被设置为全部一起控制或者单独控制或者按照所需的分组控制。因此，也可以使用水流用于转向。

本发明并不局限于图示的实施例，而是可以在所附权利要求的范围内设想出多种变形。

Claims (14)

1.一种在覆盖有冰的水中运行的浮式结构物，包括吃水线和船体(1,1')，其包含有在冰或浮式结构物移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端(2,2')，所述船首状末端(2,2')在船体的水下部分设有一条或几条流动通道(6,6')，所述流动通道设有泵送装置或推进器(8)，所述船首状末端(2,2')包括浸没的突起(4,4')，其特征在于，所述一条或几条流动通道(6,6')相对于所述吃水线竖直地或倾斜地定位，并且从浮式结构物底部(3,3')的下面延伸穿过所述浸没的突起(4,4')，用于引导向上导向的水流流向所述船首状末端(2,2')所遇到的冰或冰原。

2.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，所述流动通道(6,6')内的水流量被设置为单独控制或者按照所需的分组控制。

3.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，相对于所述吃水线竖直地或倾斜地定位的流动通道(6,6')中的至少一些流动通道被设置为支路(6a,6b)。

4.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，方向向前的第二突起(5)被设置在船首状末端(2)的所述浸没的突起(4)的上方，并且所述第二突起(5)的下侧设有表面(7)，所述表面(7)在船首状末端(2)倾斜地朝向所述浸没的突起(4)向内倾斜以使得设有破冰斜面的凹口形成在船首状末端(2)的所述突起(4,5)之间。

5.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，承受冰的载荷效应的船首状末端(2)被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。

6.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，相对于船体的吃水线突出的浸没的突起(4)被成形为使得在其附近相对于海平面倾斜。

7.如权利要求1所述的浮式结构物，其特征在于，所述浮式结构物是装备用于钻探、回收或存储石油或天然气的钻探船舶，该钻探船舶设有钻探井架(9)以及锚定装置(10)，所述钻探井架(9)具有设置在船体(1)内、在所述船首状末端(2)之后的设备，所述锚定装置(10)用于基本上保持船舶的位置。

8.如权利要求1-6中任一项所述的浮式结构物，其特征在于，所述浮式结构物是船舶。

9.一种在覆盖有冰的水中使用浮式结构物的方法，该浮式结构物包括吃水线和船体(1,1')，所述船体(1,1')包含有在冰或浮式结构物移动时承受冰的载荷效应的至少一个船首状末端(2,2')，为了减小施加在浮式结构物上的冰载荷，所述船首状末端(2,2')在任何情况下都转向冰载荷主要的接近方向，并且所述船首状末端(2,2')设有一条或几条流动通道(6,6')，所述流动通道设有泵送装置(8)或推进器(8)，所述船首状末端(2,2')包括浸没的突起(4,4')，其特征在于，从浮式结构物底部(3,3')的下面产生被竖直地或倾斜地向上引导通过所述一条或几条流动通道(6,6')而流向所述船首状末端(2,2')所遇到的冰或冰原的水流，其中所述一条或几条流动通道(6,6')相对于所述吃水线竖直地或倾斜地定位并且延伸穿过所述浸没的突起(4,4')。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，利用通过所述浸没的突起(4,4')提供的基本为向上导向的水流，在船体(1,1')附近提供从船体引出的水流。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，利用通过所述浸没的突起(4,4')提供的基本为向上导向的水流，提供船体(1,1')和冰之间的减摩擦效果。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述浸没的突起(4,4')提供的向上导向的水流，在需要时也可以被用于使浮式结构物转向。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述浸没的突起(4,4')提供的向上导向的水流，设置为被单独地控制或者按照所需的分组控制。

14.如权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述浮式结构物是船舶。