CN104955723A - 用于联接两个浮式结构的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将两个浮式结构联接到一起的联接系统。所述联接系统能够在未变成断开的情况下适应两个浮式结构之间的相对旋转和平移运动。此外，所述联接系统具有可远程而高效地实施的接合和分离机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构的系统。更特别地，本发明涉及一种具有多个接头和多个臂的系统，由此甚至在恶劣的海洋条件下，接头和臂的组合也能够用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构，所述第二浮式结构靠自己保持到深海锚泊系统中的合适位置。所述联接系统还被设置用于快速脱开这两个浮式结构。
背景技术
在过去的几十年里，石油钻井公司已经广泛使用了诸如海上钻井平台的浮式结构。诸如浮标辅助钻井单元(floating tender assist drilling unit)的相对较小的浮式结构通常被锚泊到这样的钻井平台来辅助钻探和生产操作。使用这样的浮标钻井单元提供的主要经济效益在于，诸如泥系统、电力、管道甲板、舷梯(accommodation)等其它系统可包含在浮标钻井单元上而非钻井平台上，从而为钻井平台腾出了宝贵的空间且无需一体式钻井平台。这样的单元通常充当用于物料的平台并且通常配置在主钻井平台旁边。
在钻井和/或石油生产过程期间，钻井平台通常使用利用钢丝绳、涤纶绳或链的组合的锚泊系统来保持到位。浮标辅助钻井单元通常使用尼龙缆绳锚泊到钻井平台旁边并联接到钻井平台。这两个浮式结构被联接到一起来限制这两个结构之间的相对运动，以方便转移装备或人员。尼龙缆绳系统允许两个结构之间的相对距离维持在预定的限度内。然而，尼龙缆绳系统并未防止两个浮式结构的碰撞。尼龙缆绳系统仅防止浮式结构漂移开太远。当面对诸如飓风或暴风雨条件的恶劣环境条件时，在通过简单地增加绳的长度维持两个结构之间的链接的同时可增加两个浮式结构之间的距离。通常，在浮标辅助钻井单元和主钻井平台之间需要维持约150—200米的安全隔开距离。在这样风大浪急的海面条件之下，要求联接系统具有相对低的刚度，以确保两个浮式结构之间的旋转和平移运动的联接得以最小化。在甚至进一步极端的天气条件之下，联接两个浮式结构的尼龙绳甚至可能需要突然断开以便防止两个结构倾覆。
在Anders G.C.Ekvall等人于1995年6月13日出版的第5,423,632号美国专利中描述了用于将海上钻井船只临时约束到钻井平台的系统。在公开的系统中，海上钻井船只设置有诸如键的多个接合构件。从钻井船只向外延伸的这些接合构件以这些接合构件能够围绕铰链的水平平面枢转并沿着铰链的竖直平面枢转这样的方式被铰链连接到钻井船只。接合构件的竖直枢转运动允许接合构件与沿着钻井平台的侧面布置的竖直滑轨接合，从而在接合时将钻井船只约束到钻井平台。在操作中，钻井船只将或者经由使用引导线而引向钻井平台，或者可朝向钻井平台小心驱动钻井船只。钻井船只然后使每个接合构件与钻井平台上的每个滑轨对准。一旦被对准，接合构件将滑入到位，从而将钻井船只约束到钻井平台。接合构件上的铰链允许钻井船只相对于钻井平台的竖直和水平运动，从而补偿由波浪导致的一些运动。然而，在恶劣的海面条件之下，更大的波浪可能导致钻井船只相对于钻井平台俯仰、偏航以及滚转。在这样的条件之下，接合构件将必须迅速分离，并且两个浮式结构将必须分开至安全距离以便防止两个结构倾覆。
在Terje W.Eilertsen于2008年6月10日出版的第7,383,784号美国专利中公开了用于将浮标辅助钻井单元绑缚到浮式生产平台的另一系统。该出版物中公开的绑缚系统包括：位于浮标辅助钻井单元的前端上的多个绞盘；位于平台船体的上部上的多个滑轮；位于平台船体的下部上的多个连接装置；以及一组绑缚线。绑缚线经由滑轮中的相应一个滑轮从绞盘中的一个绞盘延伸，并且在平台船体旁边竖直向下延伸到连接装置中的相应一个连接装置。在使用中，绞盘绕进并放出绑缚线，以控制两个浮船之间的分开距离。在平静的海面条件之下，线将被缩短；并且在风大浪急的海面条件之下，线将被加长，允许两个结构到达安全的分开距离。
在Christopher Louis Beato于2003年9月16日出版的第6,619,223号美国专利中公开了用于将半潜式浮标连接到吃水深的沉箱船只的又一绑缚系统。该出版物公开的系统使用了绞盘、连接器和缆索绞盘。绞盘布置在浮标上，并且连接器布置在吃水深的船只上。由诸如尼龙的聚酰胺材料构建的缆索穿过浮标上的绞盘，并且还穿过吃水深的船只上的连接器。可相应地或者通过缩短或者通过加长缆索长度来缩短或增加浮标和吃水深的船只之间的分开距离。
在名为Marine Structure Consultants(MSC)B.V于2005年9月22号出版的第PCT/NL2005/00156号PCT申请中公开了用于连接两个海上单元的连接设备。该出版物中公开的连接设备包括布置在第一海上单元上的重置设施，用于补偿两个海上单元与用于将两个海上单元联接到一起的联接元件之间的运动。联接元件包括框架，使用允许枢转和旋转运动的一组联接器件将框架附接至每个海上单元。这意味着每个海上单元均能够相对于框架枢转以及旋转。重置设施包括连接到海上单元的弹性元件。框架的联接元件然后连接到这些弹性元件。当海上单元被海洋带动得进一步远离其它单元时，弹性元件将伸展并延伸，允许另一海上单元漂移走。当海洋的条件变得再次平静时，弹性元件将恢复到其原始条件，使两个海上单元返回到其原始的分开距离。
上述文件公开了用于将两个海上船只临时连接或联接到一起的系统和装置。然而，在天气条件恶化的情况下，这些系统不允许船只迅速断开。在采用由尼龙制成的缆索的系统中，这些缆索将必须从其绞盘快速释放，或者更糟切成两个以允许海上船只漂走至更安全的距离。此外，利用缆索、连接器和绞盘的大多数这些系统通常在适当的位置不具有防止两个海上船只碰撞的机构。一些公开的系统还采用过于复杂的连接或联接机构，由此两个海上船只仅可在平静的海面条件之下联接到一起。
发明内容
根据本发明，解决了本领域中的以上的和其它的问题，并且做出了本领域的改进。根据本发明的第一方面，提供了一种用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构的系统。所述系统具有接收构件，所述接收构件布置在所述第一浮式结构上，用于接收接合构件。当所述接合构件已经接收所述接收构件时，在所述接收构件相对于所述接合构件移动的时候这两个构件将接合到一起。所述系统还具有：第一接头，所述第一接头连接到所述接合构件；以及第一臂，所述第一臂具有第一端和第二端，其中所述第一端操作联接到所述第一接头。所述第一接头被构造成使得所述接合构件可沿着与所述第一臂的纵向轴线正交的平面移动。所述系统还具有：第二接头，所述第二接头操作联接到所述第一臂的所述第二端；以及第二臂，所述第二臂具有第一端和第二端，其中所述第一端操作联接到所述第二接头。所述第二接头被构造成使得所述第二臂能沿着与所述第二接头的纵向轴线正交的平面移动。所述系统还具有联接设备，所述联接设备布置在所述第二浮式结构上，用于联接到所述第二臂的所述第二端。该系统允许两个浮式结构使用接收构件容易地联接到一起，当所述接收构件相对于所述接合构件移动时，所述接收构件与接收构件接合。这还意味着，通过逆转为将所述接收构件接合到所述接合构件而进行的运动可容易地断开这两个浮式结构之间的联接。此外，因为所述接合构件仅被构造成沿着与所述第一臂的所述纵向轴线正交的平面移动，所以一旦所述接收构件与所述接收构件已经接合，所接合的臂的任何无意运动将不会导致这两个构件分离。刚性联接的臂还确保了所述两个浮式结构维持最小的隔开距离并且不会彼此碰撞。
优选地，所述联接设备进一步包括：第三接头，所述第三接头操作联接到所述第二臂的所述第二端；以及第三臂，所述第三臂具有第一端和第二端。所述第三臂的所述第一端具有突起，所述突起延伸到所述第三接头中，并将所述第三臂操作联接到所述第三接头。所述第三接头还被构造成使得所述第三臂能围绕所述第三臂的纵向轴线旋转。所述第三臂的旋转运动结合所述第二臂沿着与所述第二接头的所述纵向轴线正交的平面的运动会允许所述系统补偿来自大的波浪的起伏、俯仰、滚转、偏航和摇摆。不同于利用缆索的系统，该系统能够将两个浮式结构维持在安全的距离，同时能够吸收由海浪带来的随机运动。根据本发明的再一实施方式，所述第三接头被进一步构造成使得所述第三接头能沿着与所述第二臂的纵向轴线正交的平面移动。
根据本发明的另一实施方式，所述联接设备进一步包括：第三接头，所述第三接头操作联接到所述第二臂的所述第二端；以及第三臂，所述第三臂具有第一端和第二端。所述第三臂的所述第一端操作联接到所述第三接头。所述第三接头被构造成使得所述第三臂能沿着与所述第三接头的纵向轴线正交的平面移动。根据本发明的再一实施方式，所述第三接头被进一步构造成使得所述第三接头能沿着与所述第二臂的所述纵向轴线正交的平面移动。
根据本发明的另一实施方式，所述联接设备进一步包括：液压活塞，所述液压活塞适于连接到所述第二臂的所述第二端；以及防滑组件，所述防滑组件连接到所述液压活塞。所述液压活塞和所述防滑组件的使用允许两个被联接的浮式结构之间的距离根据需要被加长或缩短。所述液压活塞和防滑组件还吸收所述浮式结构之间的相对浪涌运动。
根据本发明的又一实施方式，所述接收构件具有锥形接受器(conical receptacle)，当所述两个浮式结构将被联接到一起时，所述锥形接受器用于使所述接合构件与所述接收构件对准。通过将所述接合构件引向所述接收构件的所需要部分，该锥形接受器辅助所述接收构件与所述接合构件的接合。
根据本发明的再一实施方式，多个凸耳(male lug)设置在所述锥形接受器的内表面上，并且多个凹耳(female lug)围绕所述接合构件的周面布置。所述多个凹耳中的每个凹耳均能与设置在所述锥形接受器的所述内表面上的所述多个凸耳中的每个凸耳接合。
根据本发明的另一实施方式，所述接收构件相对于所述接合构件以可旋转的方式运动。该旋转运动导致所述接收构件与所述接合构件接合。通过逆转该旋转运动，这导致所述接收构件与所述接合构件分离。
根据本发明的再一实施方式，一马达被定位成毗邻所述接收构件。该马达可用于致动所述接收构件，导致所述接收构件相对于所述接合构件旋转。
根据本发明的又一实施方式，所述第一接头包括第一区段。所述第一区段具有：第一支架，所述第一支架接收所述第一臂的所述第一端；弹性材料，所述弹性材料被定位成使得所述弹性材料封装所述第一臂的所述第一端；以及第一钩，所述第一钩被固定到所述第一支架，以可枢转的方式将所述第一臂的所述第一端联接到所述第一支架。这意味着，所述第一臂能够沿着与所述第一接头的纵向轴线正交的平面移动，或者所述第一接头能够沿着与所述第一臂的所述纵向轴线正交的平面移动。这样的构造不允许围绕所述第一臂的所述纵向轴线的旋转运动。
根据本发明的又一实施方式，所述第二接头包括第一区段和第二区段。所述第一区段具有：第一支架，所述第一支架接收所述第一臂的所述第二端；第一弹性材料，所述第一弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述第一弹性材料封装所述第一臂的所述第二端；以及第一钩，所述第一钩被固定到所述第一支架，用于将所述第一臂的所述第二端联接到所述第一支架。所述第二区段具有：第二支架，所述第二支架接收所述第二臂的所述第一端；第二弹性材料，所述第二弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述第二弹性材料封装所述第二臂的所述第一端；以及第二钩，所述第二钩被固定到所述第二支架，用于将所述第二臂的所述第一端联接到所述第二支架。
根据本发明的又一实施方式，所述第三接头包括第一区段和第二区段。所述第一区段具有第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端。所述第二区段具有第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端，其中所述第三臂的所述第一端的所述突起延伸穿过所述第二支架中的开口。所述突起与所述开口接合，从而允许所述第三臂围绕所述第三臂的所述纵向轴线旋转。弹性材料也这样定位在所述第二支架中，即所述弹性材料封装所述第三臂的所述第一端。
根据本发明的又一实施方式，所述第三接头包括第一区段和第二区段。所述第一区段包括：第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端；第一弹性材料，所述第一弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述第一弹性材料封装所述第二臂的所述第二端；以及第一钩，所述第一钩被固定到所述第二支架，用于将所述第二臂的所述第二端联接到所述第一支架。所述第二区段具有第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端，其中所述第三臂的所述第一端的所述突起延伸穿过所述第二支架中的开口。所述突起与所述开口接合，从而允许所述第三臂围绕所述第三臂的所述纵向轴线旋转。第二弹性材料也这样定位在所述第二支架中，即所述第二弹性材料封装所述第三臂的所述第一端。
根据本发明的又一实施方式，所述第三接头包括第一区段和第二区段。所述第一区段具有第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端。所述第二区段具有：第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端；弹性材料，所述弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述弹性材料封装所述第三臂的所述第一端；以及第二钩，所述第二钩被固定到所述第二支架，用于将所述第三臂的所述第一端联接到所述第二支架。
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根据本发明的再一实施方式，所述弹性材料、所述第一弹性材料和所述第二弹性材料包括柔性弹性体元件。
根据本发明的还一实施方式，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的管道架甲板(pipe rack deck)的延伸平台上。
根据本发明的还一实施方式，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的主甲板上。
根据本发明的还一实施方式，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的主甲板的箱底部中。
附图说明
在以下详细说明中描述了根据本发明的系统的以上优点和特征，并且图中示出了：
图1图示了使用根据本发明的实施方式的联接系统联接到浮标辅助钻井平台的张紧腿平台；
图2图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图；
图3a图示了根据本发明的实施方式的接收构件的立体图；
图3b图示了根据本发明的实施方式的接收构件的横截面侧视图；
图4图示了根据本发明的实施方式的接合构件的侧视图；
图5a图示了根据本发明的实施方式的接合构件的横截面视图；
图5b图示了与根据本发明的实施方式的接收构件接合的接合构件的横截面视图；
图5c图示了与根据本发明的实施方式的接收构件接合的接合构件的横截面立体图；
图6a图示了根据本发明的实施方式的具有柔性可弯曲区段的接头的横截面视图；
图6b图示了根据本发明的实施方式的具有柔性可弯曲区段的接头的横截面立体图；
图6c图示了根据本发明的实施方式的具有用于接收臂的第一区段以及第二柔性可弯曲区段的接头的横截面视图；
图7图示了根据本发明的实施方式的具有第一可弯曲区段和第二可弯曲区段的接头的横截面视图；
图8a图示了根据本发明的实施方式的具有旋转区段的接头的横截面视图；
图8b图示了根据本发明的实施方式的具有旋转区段的接头的横截面立体图；
图8c图示了根据本发明的实施方式的具有用于接收臂的第一区段以及第二旋转区段的接头的横截面视图；
图9图示了根据本发明的实施方式的具有第一可弯曲区段和第二旋转区段的接头的横截面视图；
图10图示了具有液压活塞和防滑组件的根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图；
图11图示了具有延伸的液压活塞和防滑组件的根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图；
图12图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头的运动；
图13图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头和第二臂的运动；
图14图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头和第二臂的运动连同第三臂的旋转运动；
图15图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头和第二臂的运动。该图还图示了第三接头的第一区段的运动以及第三臂的旋转运动；
图16图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头、第二臂和第三臂的运动；
图17图示了根据本发明的实施方式的联接系统的侧视图，示出了第一接头、第二臂、第三接头和第三臂的运动；以及
图18图示了根据本发明的实施方式的联接系统的横截面侧视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构的系统。更特别地，本发明涉及一种具有多个接头和多个臂的系统，由此接头和臂的组合用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构。所述联接系统还被设置用于快速脱开这两个浮式结构。此外，所述联接系统能适应所述第一浮式结构相对于所述第二浮式结构的运动。
使用本发明可联接到一起的浮式结构可包括但不限于浮标辅助钻井单元、石油井口平台、石油生产平台以及多数类型的半潜式平台。本领域技术人员将认识到，本发明可用于将任意两个浮船或浮式结构联接到一起并将两个浮式结构维持在预定的距离处。通常，两个浮式结构之间的分开距离介于15米至20米之间。
图1图示了使用根据本发明的实施方式的联接系统100联接到张紧腿平台110的浮标辅助钻井平台105。联接系统100确保浮标辅助钻井平台105停留在远离张紧腿平台110的安全距离处。联接系统100利用了使用可弯曲且可旋转的接头连接的刚性臂的组合。在可弯曲且可旋转的接头允许联接系统100补偿两个浮式结构相对于彼此的俯仰、起伏、滚转、摇摆以及偏航的同时，刚性臂防止两个浮式结构碰撞。浮标辅助钻井平台105和张紧腿平台110因此可独立于彼此移动。在极端的天气条件之下，联接系统100将分离所允许的浮标辅助钻井平台105，以从张紧腿平台110漂移走，防止在两个浮式结构发生锚泊故障的情况下这两个浮式结构碰撞。联接系统100中各种部件的详细运作在图2至图11中并且在以下段落中详细地图示。
图2图示了联接系统100的实施方式的侧视图。在该实施方式中，联接系统100具有接合构件210，接合构件210连接到第一接头215。臂220的一端操作联接到第一接头215，并且臂220的另一端操作联接到第二接头225。第二接头225也操作联接到臂230。联接系统100还具有联接设备235，联接设备235可布置在浮标辅助钻井平台105上。在本发明的某些实施方式中，联接设备235可容纳于延伸平台上，该延伸平台位于浮标辅助钻井平台105的管道架甲板上。选择的这个位置使得联接设备235不会干扰甲板上的任何装备和结构。在本发明的另一实施方式中，联接设备235位于主甲板上，主甲板在结构上强于管道架甲板。在本发明的又一实施方式中，联接设备235位于主甲板的箱底部的内侧。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下，联接设备235可定位在浮标辅助钻井平台105上的各种地点。
如图2中示出的，联接设备235连接到臂230的另一端。联接系统100还包括接收构件205，接收构件205布置在张紧腿平台110上，用于接收接合构件210。当浮标辅助钻井平台105将要与张紧腿平台110联接到一起时，接合构件210将与接收构件205接合。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下，联接设备235和接收构件205的位置可变化，即：联接设备235可定位在张紧腿平台110上的各种地点，并且接收构件205可定位在浮标辅助钻井平台105处。
在图3a中图示了接收构件205的立体图。在本发明的实施方式中，接收构件205可具有空腔或接受器，其成形为锥形，用于接收接合构件210。锥形空腔310被设计得大于接合构件210，使得锥形空腔310可辅助接合构件210与接收构件205的对准。通过使用锥形空腔310，在接合构件210能够与接收构件205接合之前，接合构件210不必与锥形空腔310的中间精确对准。在深海操作期间，如果不是由于海浪的不可预测运动而不可能执行，需要精确运动和时机的操纵往往很难。当接合构件210要与接收构件205接合时，接合构件210只是必须被引向接收构件205的大体附近。一旦与锥形空腔310的内表面接触，由于锥形空腔310的渐缩形状，接合构件210将滑向接收构件205的中央。接收构件205然后将相对于接合构件210移动，导致接收构件205与接合构件210接合。该相对运动可能涵盖滑动运动或旋转运动。
如图3a和图3b中示出的，多个凹耳305围绕锥形空腔310的内周面定位。相应地，如图4中示出的，多个凸耳405围绕接合构件210的外周面定位。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下可使用任何数量的凹耳和凸耳。在图3和图4示出的实施方式中，在锥形空腔310的内部设置了8个凹耳，角间距为22.5度，并且8个凸耳设置在接合构件210上。在接合构件210已被接收构件205接收之后，如箭头E示出的方向所指示的，接收构件205可在任一方向上相对于接合构件210旋转，导致凹耳305与凸耳405接合。通过逆转旋转运动的方向，这将导致凹耳305与凸耳405分离。方向盘状手柄设置在接收构件205后面，以或者手动或者经由机械手段来辅助接收构件205的旋转。毗邻接收构件205定位的马达可用于使接收构件205旋转。该马达可远程控制，根据需要允许两个浮式结构迅速分离或接合。这意味着在极端的天气条件之下，两个浮式结构可容易而迅速地分离，不需要工人手动致动手柄以从接收构件205释放接合构件210。这是有利的，因为在极端的天气条件之下这些浮式结构上的条件变得相当危险。如果在这些条件之下工人不得不手动处理或操纵缆索，则这些浮式结构上的工人将不安全。上文公开的用于联接系统100的机构解决了这些安全问题，因为此机构允许远程而高效地进行接合和分离动作。
参照图4，接合构件210示出为具有球根形状。该形状被选中是因为该形状可容易被锥形空腔310引导进入接收构件205中的接受器。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下，接合构件210可具有其它形状。如图5a中的接合构件210的横截面视图示出的，第一接头215的一端附接至接合构件210，并且另一端可经由支架505、钩515和开口510操作联接到第一臂220。钩515被固定到支架505上并且穿过第一臂220中的开口510。钩515和开口510之间的连接使之允许第一接头215围绕该连接枢转。换句话说，接合构件210可沿着正交于第一臂220的纵向轴线的平面移动。围绕可枢转连接的这种自由运动允许接合构件210和第一臂215响应于两个浮式结构之间的相对起伏、偏航、俯仰和摇摆运动进行移动，同时允许第一臂220保持刚性，维持两个浮式结构之间的距离。在本发明的实施方式中，由钩515和开口510形成的可枢转连接允许围绕第一臂220的纵向轴线移动超过15度。第一接头215和第一臂220之间的连接被设计为枢转运动，使得第一接头215无法相对于第一臂220旋转，反之亦然。这是为了防止由于两个浮式结构的运动而使接合构件210意外旋转。
第一臂220的包含在支架505内的区段被弹性材料包围。弹性材料520可包括任何类型的当施加以及除去压力时能够压缩以及膨胀的柔性弹性体。柔性弹性体也必须能够吸收重的压缩和剪切载荷。换句话说，弹性材料520充当阻尼器，通过压缩以及膨胀阻尼接合构件210的起伏和摇摆运动。
在本发明的又一实施方式中，锥形空腔525突出于接收构件205。在图5b中图示了该实施方式的横截面侧视图。在该实施方式中，锥形空腔525执行与先前描述的锥形空腔相同的功能，其将接合构件210引向接收构件205中的接受器。在图5b中，接收构件205已经相对于接合构件210旋转，导致凹耳305与凸耳405互锁或接合。同样，通过使接收构件205在相反的方向上旋转，可分离凹耳305和凸耳405。图5c图示了图5b中图示的实施方式的横截面立体侧视图。
图6a图示了第二接头225的横截面视图。第二接头225可被分成两个区段：区段605(在图6c中示出)和区段610。区段610设置有枢转器件，使得臂230可相对于第二接头225枢转，反之亦然。在区段610中，臂230经由钩615以可枢转的方式连接到支架626。钩615被固定到支架626上并且穿过臂230中的开口630。钩615和开口630之间的连接使之允许臂230围绕该连接枢转。换句话说，臂230可沿着正交于第二接头225的纵向轴线的平面移动。因为该实施方式仅允许臂230沿着正交于第二接头225的纵向轴线的平面移动或者第二接头225沿着正交于臂230的纵向轴线的平面移动，所以这确保了接合构件210不会由于两个浮式结构的相对俯仰、滚转和偏航运动而意外分离。两个浮式结构的相对平移运动可由该接头适应。弹性材料625毗邻臂230的位于支架626内的端部进行定位，从而阻尼并吸收两个浮式结构的相对起伏、摇摆和浪涌运动。在图6b中示出了区段610的横截面立体侧视图。图6c图示了第一接头225的区段605和区段610的横截面侧视图。不同于区段610，枢转器件没有设置在区段605中。相反，区段605具有的支架606用于将第一臂220的端部连接到第二接头225。
在图7中图示了第二接头225的另一实施方式。在该实施方式中，区段605设置有枢转器件，使得第二接头225可相对于第一臂220枢转，反之亦然。在区段605中，第一臂220经由钩705以可枢转的方式连接到支架606。钩705被固定到支架606上并且穿过第一臂220中的开口715。钩705和开口715之间的连接允许第一臂220围绕该连接枢转。换句话说，第一臂220可沿着正交于第二接头225的纵向轴线的平面移动。类似地，因为该实施方式仅允许第一臂220沿着正交于第二接头225的纵向轴线的平面移动或者第二接头225沿着正交于第一臂220的纵向轴线的平面移动，所以这确保了接合构件210不可能由于两个浮式结构的运动而意外分离。为了阻尼第一臂220和第二接头225之间的运动，弹性材料710被放置成包围第一臂220的位于支架606内的端部。该构造使两个浮式结构之间的相对平移运动衰减。
在本发明的其它实施方式中，连接到另一臂的第三接头可连接于臂230和联接设备235之间。该第三接头与该臂组合可以成为可旋转的接头臂组合，允许第一浮式结构相对于第二浮式结构旋转，反之亦然。在图8a中图示了这样的接头。第三接头240由两个区段组成：区段805(在图8c中示出)和区段810。如图8a中示出的，第三臂245具有突起820，突起820延伸穿过支架811的开口。宽于开口825的锚830定位在突起820的端部处。因为突起820的宽度或直径小于支架811的端部处的开口，所以突起820未与开口825接触。因此，臂245可围绕其自身的纵向轴线自由旋转。锚830防止突起820撞出支架811，维持臂245和接头240之间的联接。弹性材料815毗邻臂245的位于支架811内的端部进行定位。弹性材料815用来限制并阻尼臂245的旋转运动。在本发明的一些实施方式中，干性润滑剂层可布置在弹性材料815和臂245的与弹性材料815接触的端部之间的界面处。该干性润滑剂层最大限度地减少这两个部件之间的摩擦，从而辅助臂245的旋转。在操作中，扭振将被弹性材料吸收。这确保了系统的寿命得到提高，因为弹性元件能够适应所有的小运动以及优于其它类型的机械部件(例如轴承盖)的运动。在图8b中示出了区段810的横截面侧面立体图。在图8c中示出了接头240的区段805和810。不同于区段810，区段805还未设置有可旋转或枢转器件。区段805具有支架806，支架806用于连接到臂230的端部。接头240允许适应两个浮式结构之间的相对俯仰、滚转和偏航运动。
在本发明的再一实施方式中，区段805设置有枢转器件。如图9中图示的，支架916设置有钩910，钩910穿过臂230上的开口905。臂230经由钩910和开口905之间的连接以可枢转的方式连接到第三接头240。该连接从而允许臂230沿着正交于第三接头240的纵向轴线的平面移动，或者允许第三接头240沿着正交于臂230的纵向轴线的平面移动。臂230的定位在支架916内的端部被弹性材料915包围，弹性材料915充当阻尼器，吸收掉臂相对于接头的运动。突起820穿过支架811的开口825进入支架916。锚830在支架916中的中空区域周围自由移动，允许臂245围绕其纵向轴线自由旋转。该实施方式不仅允许接头240适应两个浮式结构之间的相对旋转运动，而且该实施方式还允许适应平移运动。
在本发明的其它实施方式中，如图10中图示的，联接设备235被更换为液压活塞255和防滑组件260。在该构造中，如先前讨论的，臂230的一端将连接到液压活塞255，而防滑组件260将定位在浮标辅助钻井平台105上的具体地点。液压活塞255由诸如石油的加压的液压流体驱动。通常，液压活塞255将具有筒管，连接到杆的活塞在该筒管中进进出出地移动。当两个浮式结构之间的距离增加时，杆将延伸出液压活塞255，使两个浮式结构远离彼此地移动。当两个浮式结构被带动得更接近时，杆撤回到液压活塞中，将两个结构更紧密地拉动到一起。液压活塞和防滑组件还吸收浮式结构之间的相对浪涌运动。此外，在接合构件210已与接收构件205分离之后，液压活塞255将撤回，导致臂和接头系统拉离接收构件205。防滑组件260用于允许两个结构之间的间距相应地增加或减少。防滑组件260由定位在浮标辅助钻井平台105上的轨道组成，液压活塞255可沿着该轨道滑动。在示例性实施方式中，防滑组件260可由10米长的轨道组成，而液压活塞255可延伸直到5米。图11图示了当液压活塞255完全延伸时的本发明的实施方式。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的情况下，液压活塞和防滑组件构造可连接到任一臂230的端部或随后臂(例如臂245等等)的端部。
将参考图12至图17描述臂和接头相对于彼此的运动。在这些图中，假定浮标辅助钻井平台105已经使用联接系统100的实施方式成功联接到张紧腿平台110。如图12中示出的，接合构件210连接到第一接头215。第一接头215设置有枢转器件，该枢转器件允许接合构件210沿着正交于第一臂220的纵向轴线的平面移动。作为示例，箭头A示出的是，在张紧腿平台110由波浪引起的运动之后，接合构件210能够向上、向下以及侧向移动。图13图示了本发明的另一实施方式，其中第二接头225在连接到臂230的区段处设置有枢转器件。因此，臂230现在能够沿着正交于第二接头的纵向轴线的平面移动。作为示例，箭头B示出的是，在张紧腿平台110在海洋中的运动之后，臂230能够向上、向下以及侧向移动。在该实施方式中，现在有两个接头能够补偿两个浮式结构的相对平移运动。
在本发明的又一实施方式中，第三接头240连接于臂230和臂245之间。在图14中图示了该实施方式。第三接头240设置有可旋转器件，从而允许臂245围绕其纵向轴线旋转。箭头C图示了臂245的旋转运动。在该实施方式中，这三个接头允许适应两个浮式结构的相对平移和旋转运动。在图15示出的实施方式中，第三接头240的联接到臂230的区段设置有枢转器件。因此，第二接头240现在能够沿着正交于臂230的纵向轴线的平面移动。箭头D图示了这样的运动的示例性方向。在这样的实施方式中，两个浮式结构可相对于彼此起伏、俯仰、摇摆、浪涌以及滚转，并且联接系统100仍将能够在这两个结构之间保持连接，因为所有的随机运动将被这三个接头吸收。
在图16中图示了本发明的又一实施方式。在该实施方式中，不同于之前的实施方式，相反第三接头240设置有枢转器件。这意味着臂245能够沿着正交于第三接头240的纵向轴线的平面移动。箭头C示出了这样的示例性运动的方向。图17图示了本发明的又一实施方式，由此第三接头240设置有又一枢转器件，允许第三接头240沿着正交于臂230的纵向轴线的平面移动。由箭头D的方向图示这样的运动的示例。
图18图示了联接系统100的实施方式。在该实施方式中，接合构件210已被接收构件205接收。相应模块上的耳已经彼此互锁，建立起稳定的连接。臂220连接到第一接头215和第二接头225。第一接头215和第二接头225均设置有枢转器件。臂230连接到第二接头225和第三接头240，而臂245连接到第三接头240并且连接到布置在第二浮式结构上的联接设备。第三接头240设置有旋转器件，该旋转器件允许臂245围绕其纵向轴线旋转。臂和接头的这种组合在将两个浮式结构维持在安全操作距离的同时允许联接系统100的该实施方式容易地容纳两个浮式结构的相对平移和旋转运动。
上文是用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构的联接系统的详细说明。可以预见，本领域技术人员可以并将设计如随附权利要求书中阐述的本发明的替代实施方式。
Claims (27)
1.一种用于将第一浮式结构联接到第二浮式结构的系统，所述系统包括：
接收构件，所述接收构件布置在所述第一浮式结构上，用于接收接合构件，所述接合构件适于在所述接收构件相对于所述接合构件移动时与所述接收构件接合；
第一接头，所述第一接头连接到所述接合构件；
第一臂，所述第一臂具有第一端和第二端，其中所述第一臂的所述第一端操作联接到所述第一接头，
其中，所述第一接头被构造成使得所述接合构件能沿着与所述第一臂的纵向轴线正交的平面移动；
第二接头，所述第二接头操作联接到所述第一臂的所述第二端；
第二臂，所述第二臂具有第一端和第二端，其中所述第二臂的所述第一端操作联接到所述第二接头，
其中，所述第二接头被构造成使得所述第二臂能沿着与所述第二接头的纵向轴线正交的平面移动；以及
联接设备，所述联接设备布置在所述第二浮式结构上，用于联接到所述第二臂的所述第二端。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述联接设备进一步包括：
第三接头，所述第三接头操作联接到所述第二臂的所述第二端；以及
第三臂，所述第三臂具有第一端和第二端，其中所述第三臂的所述第一端具有突起，所述突起延伸到所述第三接头中并将所述第三臂操作联接到所述第三接头，并且
其中，所述第三接头被构造成使得所述第三臂能围绕所述第三臂的纵向轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第三接头被进一步构造成使得所述第三接头能沿着与所述第二臂的纵向轴线正交的平面移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述联接设备进一步包括：
第三接头，所述第三接头操作联接到所述第二臂的所述第二端；以及
第三臂，所述第三臂具有第一端和第二端，其中所述第三臂的所述第一端操作联接到所述第三接头，并且
其中，所述第三接头被构造成使得所述第三臂能沿着与所述第三接头的纵向轴线正交的平面移动。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三接头被进一步构造成使得所述第三接头能沿着与所述第二臂的所述纵向轴线正交的平面移动。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述联接设备进一步包括：
液压活塞，所述液压活塞适于连接到所述第二臂的所述第二端；以及
防滑组件，所述防滑组件连接到所述液压活塞。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述联接设备进一步包括：
液压活塞，所述液压活塞适于连接到所述第三臂的所述第二端；以及
防滑组件，所述防滑组件连接到所述液压活塞。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述联接设备进一步包括：
液压活塞，所述液压活塞适于连接到所述第三臂的所述第二端；以及
防滑组件，所述防滑组件连接到所述液压活塞。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收构件进一步包括：
锥形接受器，所述锥形接受器用于使所述接合构件与所述接收构件对准。
10.根据权利要求9所述的系统，所述系统进一步包括：
多个凸耳，所述多个凸耳设置在所述锥形接受器的内表面上；以及
多个凹耳，所述多个凹耳围绕所述接合构件的周面布置，其中所述多个凹耳中的每个凹耳均能与设置在所述锥形接受器的所述内表面上的所述多个凸耳中的每个凸耳接合。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收构件相对于所述接合构件以可旋转的方式运动，以与所述接合构件接合。
12.根据权利要求11所述的系统，所述系统进一步包括：
马达，所述马达被定位成毗邻所述接收构件，其中能由所述马达来致动所述接收构件相对于所述接合构件的旋转运动。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述接收构件相对于所述接合构件以可旋转的方式运动，以与所述接合构件接合。
14.根据权利要求13所述的系统，所述系统进一步包括：
马达，所述马达被定位成毗邻所述接收构件，其中能由所述马达来致动所述接收构件相对于所述接合构件的旋转运动。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第一臂的所述第一端；
弹性材料，所述弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述弹性材料封装所述第一臂的所述第一端；以及
第一钩，所述第一钩被固定到所述第一支架，以可枢转的方式将所述第一臂的所述第一端联接到所述第一支架。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第一臂的所述第二端；
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第二臂的所述第一端；
弹性材料，所述弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述弹性材料封装所述第二臂的所述第一端；以及
第一钩，所述第一钩被固定到所述第二支架，以可枢转的方式将所述第二臂的所述第一端联接到所述第二支架。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第一臂的所述第二端；
第一弹性材料，所述第一弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述第一弹性材料封装所述第一臂的所述第二端；以及
第一钩，所述第一钩被固定到所述第一支架，用于将所述第一臂的所述第二端联接到所述第一支架，以及
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第二臂的所述第一端；
第二弹性材料，所述第二弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述第二弹性材料封装所述第二臂的所述第一端；以及
第二钩，所述第二钩被固定到所述第二支架，用于将所述第二臂的所述第一端联接到所述第二支架。
18.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第三接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端；
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端，其中所述突起延伸穿过所述第二支架中的开口，并且以可枢转的方式与所述开口接合，从而允许所述第三臂围绕所述第三臂的所述纵向轴线旋转；以及
弹性材料，所述弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述弹性材料封装所述第三臂的所述第一端。
19.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第三接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端；
第一弹性材料，所述第一弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述第一弹性材料封装所述第二臂的所述第二端；以及
第一钩，所述第一钩被固定到所述第二支架，用于将所述第二臂的所述第二端联接到所述第一支架；
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端，其中所述突起延伸穿过所述第二支架中的开口并且以可枢转的方式与所述开口接合，从而允许所述第三臂围绕所述第三臂的所述纵向轴线旋转；以及
第二弹性材料，所述第二弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述第二弹性材料封装所述第三臂的所述第一端。
20.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端；
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端；
弹性材料，所述弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述弹性材料封装所述第三臂的所述第一端；以及
钩，所述钩被固定到所述第二支架，用于将所述第三臂的所述第一端联接到所述第二支架。
21.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第三接头包括：
第一区段，所述第一区段进一步包括：
第一支架，所述第一支架接收所述第二臂的所述第二端；
第一弹性材料，所述第一弹性材料定位在所述第一支架中，使得所述第一弹性材料封装所述第二臂的所述第二端；以及
第一钩，所述第一钩被固定到所述第一支架，用于将所述第二臂的所述第二端联接到所述第一支架；
第二区段，所述第二区段进一步包括：
第二支架，所述第二支架接收所述第三臂的所述第一端；
第二弹性材料，所述第二弹性材料定位在所述第二支架中，使得所述第二弹性材料封装所述第三臂的所述第一端；以及
第二钩，所述第二钩被固定到所述第二支架，用于将所述第三臂的所述第一端联接到所述第二支架。
22.根据权利要求15或16所述的系统，其中，所述弹性材料包括柔性弹性体元件。
23.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一弹性材料和所述第二弹性材料包括柔性弹性体元件。
24.根据权利要求18所述的系统，其中，所述弹性材料包括柔性弹性体元件。
25.根据权利要求6所述的系统，其中，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的管道架甲板的延伸平台上。
26.根据权利要求6所述的系统，其中，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的主甲板上。
27.根据权利要求6所述的系统，其中，所述液压活塞和所述防滑组件布置在所述第二浮式结构的主甲板的箱底部中。
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