CN105121270B - 具有用于减少垂荡运动的连接至浮筒的延伸板的浮式海上平台 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有一个或多个延伸板的浮式海上平台，该延伸板被固定地连接至海上平台的一个或多个浮筒，且从该浮筒延伸。随着浮式平台移动，连接至浮筒的延伸板使水分离且在平台上产生拖曳力。随着延伸板移动的水还增加了动态质量。该增加的拖曳力和动态质量延长了从波浪激励周期远离的运动的固有周期，以与没有延伸板的平台相比使波浪驱动运动最小化。在建造场的建造过程中，该延伸板可被直接地或通过框架元件连接至浮筒。该延伸板大体被设置在浮筒的顶和底高度水平之间，包括在浮筒的顶和底高度水平处，且因此没有显著地缩短海床与在码头区的船体之间的间隔。

Description

具有用于减少垂荡运动的连接至浮筒的延伸板的浮式海上 平台
交叉引用
本申请是申请日为2013年6月20日，申请号为13/922,361的美国非临时申请的国际申请，其要求申请日为2013年4月10日，申请号为61/810,460的美国临时申请的优先权。
关于联邦赞助研究或开发的说明
不适用
附录参考
不适用
技术领域
本申请涉及用于减少钻井和开采的浮式平台的竖直运动的方法和系统。更具体地，本申请涉及用于海上油和气的勘探和开采的浮式平台，且更具体地涉及半潜式浮式平台，其具有牢固地连接至浮筒的延伸板以共同地作用以减少平台的垂荡运动(heavemotion)。
背景技术
随着对油和气供应的需求的显著增加，对于该供应来说油层的海上勘探和开采变得更加重要。这些油层通常需要大的钻机和可变有效载荷，其导致在尺寸和重量上的非常大的干舷部(topside)。需要大的和昂贵的支撑海上平台。然而，通过在接近海岸或在海岸处建造浮动结构并将结构拖至预定海上位置可减少该平台的费用。
在设计以用于深水的主要类型的海上平台中，包括普通的单柱式海上平台(Spar)，一种类型的平台已知为半潜式钻机平台。该结构被建在接近海岸处或在海岸上，漂浮至海上位置，且通过压载舱(ballast tanks)部分地浸没以为结构提供稳定性。半潜式通常被配置有位于水表面下方的大的浮动浮筒结构，以及穿过水表面在水表面上方的有效高度处支撑干舷部甲板的细长柱。半潜式平台为海上油和气的钻井和开采提供大的和高成本效率的平台。然而，由于该结构具有较大的浮动表面，所以一个挑战是限制由波浪和风作用引起的移动以提供期望的操作稳定性。
垂荡板被用于稳定半潜式平台的运动。该垂荡板可以是实心板，或者多个板形成盒子的构造组件，以形成与其厚度相比较大的宽度，如术语“板”所宽泛的理解的。该垂荡板在水表面下方且在波浪影响水区域的至少一部分的下方被安装至半潜式平台。该垂荡板增加了海上平台的流体动力质量(hydrodynamic mass)，其中流体动力质量随着在流体中加速的本体移动的流体的量的测量值，且该流体动力质量取决于本体的形状以及其运动的方向。在较低深度的垂荡板向否则可发生在水表面上或附近的竖直和倾斜运动提供了额外的抵抗力。通常地，设计者会将垂荡板安装在较深的水平处。然而，由于平台被建在海岸附近或海岸上的较浅深度处，所以该深度最初是被限制的。因此，一些系统的垂荡板具有较低的性能。在平台被设置期望海上位置处时，该垂荡板可被降低至更加理想的深度。例如在美国专利第6,652,192号，美国专利第7,219,615号(作为美国专利第7,156,040号的继续申请)，和美国专利第6,718,901号中，示出了所述系统的示例，且在通过引用结合于此。各所述系统共开了在设置于期望的海上位置之后将垂荡板降低至平台下方的一深度处。
美国专利第6,652,192号公开了一种垂荡抑制的浮式海上钻井和开采平台，其具有竖直柱，将相邻柱连接的横向桁架，在柱的底部由竖直桁架腿支撑的深度潜入式水平板，以及由柱支撑的干舷部甲板。该横向桁架在相邻的柱的下端处将其连接以增强平台的结构完整性。在平台的安装以及拖入较浅水中的过程中，该桁架腿被装至各柱中的轴中，且该板被安装在柱的下端下方。在平台被浮动至深水钻井和开采位置之后，桁架腿被从柱轴降低以将板降低至深吃水，从而减少波浪力的影响并对平台提供垂荡和纵摇运动阻力。接着将柱轴中的水移除，从而浮动地升高平台，从而甲板处于水表面上方的要求的高度处。
美国专利号第7,219,615号公开了一种半潜式船，其包括一对具有可变浮力的竖直间隔开的浮筒。当船在运输过程中，该下浮筒被限制为竖直地接近上浮筒。下浮筒在部署位置被压舱，将浮筒落下至第一浮筒基准线下方的约32米深度处。因此，海上钻井平台的稳定和运动特性被显著地改进。
尽管这些系统中的每一个提供用于具有下垂荡板的稳定平台的方案，然而在实践中，将垂荡板连接至平台的支撑结构可遇到刚性挑战。例如，美国专利第7,219,615号公开了可伸展的腿。因为腿的可伸展特性，所以由于在腿之间的斜撑条将明显地与腿延伸和收缩通过导轨产生干涉，从而示出的在腿之间没有能够阻止至垂荡板的延伸的支撑结构的扭曲和弯曲的斜撑条。美国专利第6,652,192号示出了在柱中的可延伸桁架，其具有在腿的延伸之后在桁架之间安装的对角挠性线缆撑条。由于在桁架对角元件与柱之间的干涉，难以设计一种可容纳桁架腿和刚性对角撑条从而有效地支撑和传递载荷的座部。由于相同的原因，该专利没有公开在桁架之间的刚性撑条，即，在桁架之间的刚性撑条的存在将干涉桁架的延伸和收缩。另一个示例包括美国专利第6,718,901号，其公开了可延伸的腿，从而展开海上油和气开采平台包括将浮动设备甲板设置在浮动浮筒上，从而浮筒的分别包括浮动浮体的长形腿可移动地延伸通过甲板中的各开口。从甲板上的绞盘延伸的链条被穿过在浮筒上的导索器并被连接回至甲板。该链条被拉紧以将甲板固定至浮筒从而共同移动至海上位置。该链条被松开且浮筒和腿浮体被压舱，从而浮筒和腿浮体沉入浮动甲板下方。在美国公开第20020041795号中公开了延伸吃水概念的另一个示例。
此外，深吃水半潜式钻机通常需要大于60m的吃水，以具有良好的动作来在恶劣的海洋状况下支撑至海底的连接。由于柱太高而不能在运输过程中稳定平台，从而对于该深吃水半潜式平台，在码头区的干舷部集成以及从建造场至安装位置的运输变得成问题。很多设计通过延伸吃水而解决这些困难，而延伸吃水需要海上安装操作的显著风险。
还需要具有改进稳定性的海上平台的浮式海上平台的不同系统和方法。
发明内容
本发明通过包括一个或多个延伸板而提供改进性能和减少水平和/或竖直移动的海上平台，其中该一个或多个延伸板被连接至海上平台的一个或多个浮筒并从其延伸，允许在延伸板的任一侧上的水减少平台的垂荡运动。该延伸板大体具有的从浮筒延伸的组合表面面积为浮筒的不包括延伸板的内周区域限定的表面积的至少10％。随着浮式平台移动，连接至浮筒的延伸板将水分离，且在移动方向上在平台上产生拖曳力。拖曳力使得在不需要平台的腿延长来获得同等减少的移动的情况下得到更少的平台移动。随着延伸板移动的水还增加了动态质量。在一些实施方式中，具有从浮筒的相同表面在不同位置延伸的至少两个延伸板，从而一个延伸板被设置成与另一个延伸板相邻，水被截留在延伸板之间，且还对平台形成了动态质量以减少垂荡。该增加的动态质量从波浪激励周期远离而延长了运动固有周期，以最小化波浪驱动运动。因此，与没有延伸板的平台相比，平台的运动减少。在建造场的建造过程中，该延伸板可被直接地或通过框架元件而连接至浮筒。延伸板通常在延伸部上方或与其在相同高度水平，且因此不会显著减小海床与码头区处的船体之间的间隔。
本发明提供了浮式海上平台，包括：浮动船体，其包括：至少一个竖直延伸的柱；和至少一个浮筒，其连接至所述竖直延伸的柱，其被配置成至少部分地位于所述海上平台所布置的水的表面下方；和至少一个延伸板，其在至少部分地位于在操作过程中所述海上平台所布置的水的表面下方的高度处从所述浮筒延伸并固定地连接至该浮筒，且被配置成通过随着所述平台在水中移动而至少引起围绕与浮筒连接的延伸板的水平水分离，竖直水分离或其组合从而减少所述平台的垂荡运动。
附图说明
图1是具有延伸板的浮式海上平台的示例性实施方式的示意透视图。
图2是具有延伸板的示例性浮式海上平台的示意侧视图。
图3是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图4是具有固定地连接至一个或多个浮筒的顶部的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图5是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部和顶部的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图6A是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部和顶部的一个或多个延伸板的浮动海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图，该延伸板具有与图5中所示的延伸板更窄的宽度。
图6B是图6A的实施方式的横剖示意图。
图6C是图6B的实施方式的横剖示意图。
图6D是具有图6C的水分离和水截留的连接至浮筒的延伸板的具体横剖示意图。
图6E是具有与图6D中的实施方式相似的水分离和水截留的包括翼的连接至浮筒的延伸板的具体横剖示意图。
图6F是图6A的实施方式的示意顶视图。
图7是基于典型设计的垂荡周期的图3-6A中所示的实施方式的海上平台的预测垂荡RAO效果的图表。
图8是基于典型设计的垂荡周期的图3-6A中所示的实施方式的海上平台的预测纵摇RAO效果的图表。
图9是具有固定地连接至至少两个浮筒的底部和顶部一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图10是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意顶视图。
图11A是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的其它示例性实施方式的示意顶视图。
图11B是图11A的实施方式的透视图。
图12是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意顶视图。
图13是具有从一个或多个浮筒向外地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图14A是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。
图14B是图14A中所示的实施方式中的浮筒的横剖侧视图。
图15是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台上的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖示意图。
图16是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台上的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖示意图。
图17是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台上的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖示意图。
图18是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台上的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖示意图。
具体实施方式
上文说明的附图以及以下对具体结构和功能的说明不对申请人的发明的范围以及所附权利要求的范围进行限制。相反，提供附图和说明以教导本领域技术人员怎样实现和使用本专利所旨在保护的发明。本领域技术人员应理解为了清楚和理解的目的，没有说明或示出本发明的商业实施方式的所有特征。本领域技术人员还应理解，结合有本发明的方面的实际商业实施方式的研发将需要多种具体实现决定，以实现研发者的对于该商业实施方式的最终目标。该具体实现决定可包括且但不限于顺应关于系统的，关于商业的，关于政府的和其它限制条件，其可通过具体应用、位置且时常地改变。尽管研发者的努力在绝对意义上可以是复杂且耗时的，然而这样的努力可以是在受用于本申请的本领域技术人员经历的日常工作。应理解，这里所公开和教导的本发明可进行多种和各种修改和可选形式。使用单数形式，例如但不限于“一”，不旨在限制项目的数量。此外，关系术语，例如但不限于，“顶”、“底”、“左”、“右”、“向上”、“向下”、“下”、“上”、“侧”等用于说明中为了附图中的清楚具体参考的目的，且不旨在限制本发明或所附权利要求的范围。在适合的情况下，一些构件被标注为在数字之后还有字母符号，以指示所编号构件的具体元件，从而有助于参考附图说明该结构，但除非另外地说明否则不限制权利要求。当大体指示该元件时，使用没有字母的数字。此外，该指定不限制可用于该功能的元件的数量。
公开了具有一个或多个延伸板的浮式海上平台，该延伸板固定地连接至海上平台上的一个或多个浮筒且从该浮筒延伸。在浮式平台竖直地移动时，浮筒所连接的延伸板将水分离且引起在平台上的拖曳力。随着延伸板竖直移动的水还增大了动态质量。该拖曳力和动态质量增加了从波浪激励周期远离的竖直运动的固有周期，以与没有延伸板的平台相比使波驱动动作最小化。在建造场的建造过程中，该延伸板可被直接连接或经由框架元件连接至浮筒。该延伸板大体被设置在浮筒的顶和底高度之间，包括在浮筒的顶和底高度处，且因此不缩短在码头区的海底与船体的延伸部之间的间隔。
图1是具有延伸板的浮式海上平台的示例性实施方式的示意透视图。图2是具有延伸板的示例性浮式海上平台的示意侧视图。图3是延伸板被设置在浮筒、柱或其组合之间的开放区域中的浮式海上平台的示意透视横剖视图。图4是具有延伸板的浮式平台的示意顶横剖视图。图5是具有延伸板的浮式平台的示意侧剖视图。结合这些附图进行说明。
示例性的浮式海上平台2大体包括干舷部(topside)4(也被称作甲板)，其支撑设备、设施，且用于海上平台的操作。该干舷部4被连接至多个柱6，大体至少为三个且通常为四个柱。该柱6具有柱高HC，其具有一部分在水平面16下方以形成吃水深度(draft height)HD。所述柱可至少部分地浮态且可调节其浮力。柱6可连接有浮筒8，大体有两个浮筒设置成彼此成角度且连接至相同的柱(且直接连接至彼此)。可选地，浮筒可被彼此直接地连接以形成浮筒底座，且柱连接至该浮筒底座。大体而言，浮筒8被设计成在操作中被设置在基本水平的平面68中。在一些实施方式中，柱6可包括柱底座12，其作为增大部(enlargement)而从柱6的一个或多个其它部分延伸。该浮筒具有高度HP。柱底座12可具有与浮筒不同的高度。
在这里，(具有柱底座12(如果有的话)的)柱6和浮筒8可被称为船体20。向内的船体开口22形成在浮筒底座的浮筒与连接有浮筒的柱的任何向内暴露部分之间。具有由不带延伸板的浮筒的内周边区域限定的表面积。船体开口22大体用于将提升器设置在海底(未示出)和其它地下表部件上。
本申请提供了一个或多个延伸板10，其被连接至浮筒。该延伸板可以这里所限定的任何合适的方式而被连接，例如包括但不限于，焊接、螺栓连接和其它紧固方式，且可包括使用框架或其它构件来将延伸部连接至浮筒。延伸板10大体是板，如本领域中通常所使用的该术语，即，与薄的厚度相比具有大的平方面积且大体为非浮动结构(non-buoyantstructure)。该实施方式的该延伸板10大体被水平地定向且在包括在船身20的船身开口22内侧被设置在浮筒的顶和底高度之间，包括在浮筒的顶和底高度处。该延伸板可具有适用于海上平台的其它几何形状，包括但不限于矩形、三角形和正方形等。
在至少一个实施方式中，延伸板10被连接至海上平台2的船身(hull)20的底部24处或其上方，即，延伸板大体可被设置于在浮筒的顶部和底部之间包括浮筒的顶部和底部的一高度处。在建造场处的海上平台的建造过程中，可安装该延伸板10。因此，在干舷部4的湿拖(wet tow)和码头区安装(quayside integration)过程中，延伸板和框架不会必然减小底部间隔。
在所示的实施方式中，延伸板10在平台的竖直移动过程中从移动横过延伸板的水量帮助增加拖曳力。在平台移动过程中，该水分离消耗能量以产生拖曳力。该拖曳力有助于通过阻尼(damping)而减少平台的被引起的垂荡运动，例如在墨西哥湾的飓风和其它恶劣海洋状况。该增加的延伸板通过将垂荡运动的固有周期延长为比常规深吃水半潜式平台更长而提供了更好的垂荡运动。此外，延伸板或多个延伸板的尺寸有助于调节波浪载荷在船身20上的相位(phase)，以减小在波浪能最大时的关键垂荡周期的总的波浪载荷。通过这里提供的教导和引导，该具体尺寸和配置可由本领域技术人员建模和/或实验地确定。例如，过小的延伸板减小了用于水分离和增加质量可用的表面积，且导致延伸板的效率降低。
附图中图3-6A示出了连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的多个其它示例性实施方式。
图3是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部分的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意性透视图。图3中所示的海上平台2A包括柱6和浮筒8，如上文中所述。该一个或多个延伸板10围绕浮筒和相连的柱的内周而被连接至浮筒的底部分。该实施方式包括在浮筒的向内表面上连接至浮筒的底部分的单层(single level)延伸板。下文中所述的其它实施方式将延伸板连接至浮筒的顶部份和/或浮筒的向外表面。
图4是具有固定地连接至一个或多个浮筒的顶部份的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。该实施方式的海上平台2B与图3中所示的实施方式相似，但是其中一个或多个延伸板10连接至一个或多个浮筒8的顶部份。该术语“底部分”和“顶部份”旨在广泛地理解为底部分是低于浮筒的高度HP的一半，如图2中所示，而顶部份是高于该浮筒的一半高度。底部分和顶部份还可包括浮筒的底表面和顶表面。
图5是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部分和顶部份的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。该实施方式的海上平台2C示出了在顶部份8A和底部分8B二者上的一个或多个延伸板。以下对在不同的高度水平使用多个延伸板进行更详细地说明。
图6A是具有固定地连接至一个或多个浮筒的底部分和顶部份的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。该实施方式的海上平台2D与图5中的实施方式相似，其中的一个或多个延伸板10A、10B的宽度比图5中所示的延伸板的宽度更窄。例如，自顶部观察的平台2D的延伸板的组合表面积可等于浮筒之间没有延伸板时的船体开口22的平方面积(square area)的约10％。通过比较，从顶部观察的平台2C的延伸板的组合表面面积可等于在浮筒之间没有延伸板时的船体开口22的平方面积的约35％。还可为了具体的环境调节海上平台的性能而使用其它百分比，其中平台被设计且百分比是示例性的。总体而言，相信商业可实现的由延伸板的最大性能增强可通过从顶部观察的延伸板的平方面积为在没有延伸板时计算的船体开口22的平方面积的10％和40％之间，包括10％和40％，以及在其间的任何百分比例如15％、20％、25％、30％和35％，以及11％、12％、13％、14％等。
图6B是图6A的实施方式的横剖透视图。图6C是图6B的实施方式的横剖示意性透视图。图6D是图6C的连接至浮筒的延伸板的细节横剖视图，其中具有水分离和水截留。图6E是连接至浮筒的具有翼的延伸板的细节横剖视图，其中具有与图6D相似的水分离和水截留。图6F是图6A的实施方式的示意顶视图。将这些图彼此结合而进行说明，且图6A-6F的实施方式的附图合集可被大体称作图6。尽管可对以上图3-5中任何一幅图进行详细说明，然而以下将为了示意的目的对图6A-6F中所示的实施方式进行更详细地说明。本领域技术人员应理解图6A-6F的实施方式中所说明的原理也可适用于图3至5中所示的实施方式。
图6A-6F的海上平台2D具有多个柱6和连接至柱的多个浮筒8，形成具有船体开口22的船体的内周。对于所述的具体实施方式，一个或多个延伸板10A被固定地连接至一个或多个浮筒8的顶部份8A。类似地，一个或多个延伸板10B被固定地连接至一个或多个浮筒8的底部分8B。在所示的实施方式中，所有的浮筒8各具有顶和底延伸板10A、10B。然而，本发明不限于此，且根据对于海上平台的操作环境的具体设计要求，不同的浮筒可具有不同的延伸板，且甚至在一些情况下没有延伸板。
本发明的一个重要方面是在延伸板与海上平台响应于波浪运动而共同摆动时，延伸板的引起水分离38A、38B的能力，如图6D中所示。水分离38A、38B围绕各延伸板，该延伸板例如从浮筒8的竖直浮筒表面8C水平地设置。当多个延伸板用于不同的高度水平时，各延伸板可引起水分离。例如，延伸板10A可引起水分离38A，而在相对于延伸板10A的较低高度水平处的延伸板10B可引起水分离38B。该水分离在海上平台2D上形成拖曳力，且有效地用作阻尼力以限制在没有延伸板时由于波浪作用而可在海上平台上产生的移动。
此外，在不同高度水平使用延伸板，例如在另一个延伸板上方或下方，可形成图6D中所示的水截留区域40。在水截留区域40中的部分水可不需要如所示的水分离38A、38B而分离。然而，在水截留区域40中的水主要被限制在延伸板10A、10B之间且有效地向海上平台2D的结构增加质量。该水没有被固定地保持或固定地约束，且因此被看作动态质量。因此，如图6D中所示，延伸板的有效性的两个原则是：第一，围绕延伸板的边缘的水分离，和第二，当延伸板被设置在不同高度水平时，动态截留的水向整个结构增加质量。该第一模式形成了拖曳力，且该第二模式形成了质量。
如图6E中所示，该延伸板可包括翼，其被设置成与延伸板成角度。例如，延伸板10B可具有与延伸板形成为“L”形状的翼64。可选且非限制地，延伸板10A可具有与延伸板形成为“T”形状的翼66。可预见翼或多个翼的多种组合，例如但非限制地，在延伸板中的其中任一个上有一个翼而在另一个延伸板(如果存在)上没有翼；各延伸板具有“T”翼；各延伸板具有“L”翼；延伸板10A具有“L”翼且延伸板10B具有“T”翼，以及其它改变和组合。该翼有助于在延伸板在水中移动时将水截留在延伸板之间。该翼64、66有助于向延伸板10A、10B增加拖曳力和水质量。该翼的长度可与图6E中的不同，以及沿着延伸板的长度可不同，如图6F、11A、11B中所示。
一个或多个延伸板的尺寸可确定水分离和动态质量的有效性。为了示意的目的，可使用当从顶部观察时一个或多个延伸板的平方面积与船体开口22在没有延伸板时的平方面积相比的比例。当使用多层延伸板时，例如从顶部观察仅有一层延伸板可用于计算延伸板的表面积与船体开口面积的比例。在图6F中所示的实施方式中，对于顶视图中围绕浮筒的周边的延伸板来说，各延伸板的平方面积为其各长度LP×宽度WP。在海上平台2D的示例性实施方式中，用于计算表面面积的延伸板的数量为四个(4)，且可不包括在顶视图中所示的延伸板下方的任何延伸板。在船体开口22的船体内侧的平方面积等于LH×WH，为在浮筒之间没有延伸板而测量的。如上所述，延伸板面积与船体开口面积的比例可在10％至40％之间变化，如上所述，以及这之间的任何百分比。此外，如果海上平台具有比图6A-6F中所示的四个柱更少或更多的柱，则船体开口22的形状可改变且在浮筒之间的船体内侧的平方面积将为应用于具体结构而计算。
图7是基于常规设计的垂荡周期，在由延伸板稳定的图3-6A所示的实施方式的海上平台上的预测垂荡RAO效果的图表。该X-轴线是海上平台2的不具有延伸板10和具有延伸板的垂荡周期和固有周期的以秒计的时间。该Y-轴线表示幅值响应算子(RAO)，这是在船舶设计领域的用于响应于与波高成比例的船舶移动的已知术语。为了图7和8中所示的预测模型性能的示意目的，当从顶部观察时示例性平台的延伸板的平方面积为船体开口22的37％，除了图6A中所示的平台，在图6A的平台中延伸板表面面积为船体开口22的10％。有效地，该延伸板延长了海上平台周期以及该周期的谐振，从而海上平台更加稳定且其运动在设计周期被抑制。因此，海上平台运动没有与经过海上平台的波浪直接相关地移动。
具有菱形的曲线46示出了图6A中所示的海上平台2D的与用于没有延伸板的相似平台的常规值相比较的相对较低垂荡RAO。海上平台2D包括双层延伸板，即，连接至浮筒的顶部的延伸板10A和连接至浮筒的底部的延伸板10B。当从顶视图观察时，在生成该曲线的示例模型中的延伸板的表面面积为不包括延伸板的船体开口22的表面面积的10％。
具有圆圈的曲线48示出了用于图5中所示的海上平台2C的垂荡RAO。海上平台2C的实施方式与图6A中所示的海上平台2D相似，具有在浮筒的顶部和底部的两层延伸板，但是海上平台2C具有从浮筒向内延伸的较宽的延伸板。基于具有船体开口平方面积的37％平方面积的延伸板而生成曲线48。曲线48示出了延伸板的增大的平方面积将垂荡RAO移动至更大的垂荡周期且减小了响应于波浪的垂荡模数(heave modal)。然而，环境增加了在从10至22秒的频率范围的波浪响应。该垂荡周期从21变为24。
具有星星的曲线50示出了用于图4中所示的海上平台2B的垂荡RAO。海上平台2B具有朝向浮筒的顶部设置的单层延伸板。用于示例模型的延伸板的表面面积为船体开口22的平方面积的37％。曲线50示出了与图6A中所示的实施方式相比垂荡RAO向右移动至更大的垂荡周期且减小了响应于波浪的垂荡模数。然而，环境增加了在从10至22秒的频率范围的波浪响应。该垂荡周期从21变为22。
具有方形的曲线52示出了用于图3中所示的海上平台2A的垂荡RAO。海上平台2A具有连接至浮筒的底部的单层延伸板。在示例性的模型中，延伸板的平方面积为船体开口22的平方面积的37％。曲线52示出了垂荡RAO从曲线50向右移动至更长的垂荡周期且减小了响应于波浪的垂荡模数。然而，环境增加了在从10至22秒的频率范围的波浪响应。该垂荡周期从21变为22。
图8是基于常规设计垂荡周期的图3-6A中所示的海上平台实施方式的预测纵摇RAO效果的图表。该纵摇(pitch)与垂荡(heave)的不同在于该纵摇是响应于波浪动作从海上平台的垂直线离开的角度移动，而垂荡是测量的响应于波浪动作沿着海上平台的垂直轴线的竖直运动。具有菱形的曲线56示出了图6A中所示的海上平台2D的与不具有延伸板的常规海上平台相比的较低的纵摇RAO。具有圆圈的曲线58示出了用于图5中所示的海上平台2C的纵摇RAO。具有星星的曲线60示出了图4中所示的海上平台2B的纵摇RAO。具有方形的曲线62示出了图3中所示的海上平台2A的纵摇RAO。
对于所有曲线，纵摇RAO一致地在约15秒的周期均到达最大值。然而，最低纵摇RAO在图6A中所示的海上平台2D的实施方式的曲线56中。最高纵摇RAO在图3中所示的海上平台2A的实施方式的曲线62中。剩下的实施方式具有发生在曲线64和62之间的纵摇RAO值的曲线。
图9是浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图，其具有固定地连接至至少两个浮筒的底部分和顶部份的一个或多个延伸板。海上平台2E具有延伸板10A、10B的可选配置。延伸板10A、10B可被连接至多个浮筒，例如在转角处，从而两个浮筒可被连接至相同的延伸板。示出了两层延伸板10A和10B。延伸板10B比延伸板10A低，且被连接至浮筒8的底部分。延伸板10A被连接至浮筒8的顶部份。其它实施方式可包括单层延伸板以及延伸板与这里的其它实施方式中所示或说明的延伸板的多种组合。此外，延伸板的平方面积可基于顶视图中的延伸板的几何形状而计算。
图10是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意顶视图。海上平台2具有延伸板10A、10B的可选配置。该延伸板10A、10B可被连接至多个浮筒和柱6，例如在柱的柱底座12处。此外，延伸板10A、10B可在浮筒和柱之间被连接所示的柱的两侧上。可选地，延伸板可仅被连接至柱的一侧。示出了两层延伸板10A和10B。延伸板10B比延伸板10A低，且被连接至浮筒8的底部分。延伸板10A被连接至浮筒8的顶部份。其它实施方式可包括单层延伸板以及延伸板与这里的其它实施方式中所示或说明的延伸板的多种组合。此外，延伸板的平方面积可如这里所述的或这里其它附图中所示的基于顶视图中的延伸板的几何形状而计算。
图11A是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的其它示例性实施方式的示意顶视图。图11B是图11A的实施方式的透视图。这些附图将结合彼此进行说明。海上平台2具有用于多个柱6的延伸板的多种可选实施方式，其被示为用于海上平台的多个柱或所有柱，或者围绕多个柱彼此组合，或者与这里所述或其它附图中所示的实施方式组合。
在所示的围绕柱6A的实施方式中，浮筒8a包括浮筒延伸部14A。该浮筒延伸部14A可以是自浮筒8A的直接延伸部，其中柱6A连接至浮筒和/或浮筒延伸部，或者浮筒延伸部14A可作为自浮筒8A的间接延伸部，柱6A将浮筒8A和浮筒延伸部14A分开。可由浮筒延伸部14B相对于浮筒8B形成相似的配置。浮筒8A和8B被设置为彼此成非零度角。延伸板10S可被连接至浮筒8B和被设置成与浮筒8B成一角度的浮筒延伸部14A。延伸板10T可被连接在浮筒延伸部14A和14B之间(且间接地连接至浮筒)。延伸板10U可被连接至浮筒8A和浮筒延伸部14B。如在其它实施方式中所述的，在不同高度处的多层板可以相似的方式连接。
如所示的围绕柱6B的另一个实施方式，延伸板10V可围绕柱6B而连接，且可连接至浮筒8A和8C。延伸板(以及在这里的不同实施方式中的其它延伸板)的尺寸可有利地受益于板支架76以强化延伸板。其它实施方式可不使用板支架。如果使用在不同的高度的两个延伸板，则板支架76可被连接在延伸板之间。
图12是具有固定地连接至一个或多个浮筒的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意图。图12在一些方面与图10中所示的实施方式相似，但没有柱底座12。延伸板10Y可被连接至柱6和浮筒8B。延伸板10Z可被连接至柱6和浮筒8D。如在其它实施方式中所述，在不同高度水平的多层板可以相似的方式而连接。其它实施方式可包括单层延伸板以及在这里所说明或其它附图中所示的延伸板的不同组合。此外，可基于自顶视图观察的延伸板的几何形状而计算延伸板的平方面积。
图13是具有从一个或多个浮筒向外地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。海上平台2F示出了从浮筒向外地连接至一个或多个浮筒8的一个或多个延伸板10H，10J。该延伸板可具有与上述关于船体开口22的平方面积相似的表面面积。延伸板可被连接至顶部、底部或该二者处。此外，一些延伸板可被向内地连接至一些浮筒，而其它延伸板可被向外地连接至一些浮筒。术语“向内地”是相对于各延伸板的浮筒朝向船体的中心，而“向外地”是相对于各延伸板的浮筒远离船体的中心。不同组合可被建模以确定海上平台可被使用的给定情况的合适布置。
图14A是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台的另一个示例性实施方式的示意透视图。图14B是图14A中所示的实施方式中的浮筒的横剖视图。这些附图将结合彼此进行说明。海上平台2E包括围绕一个或多个浮筒沿着浮筒以非连续段设置的多个延伸板。一些延伸板可被连接至浮筒的底部，例如延伸板10G。其它延伸板，如延伸板10F、10D，可被连接至浮筒的顶部。一些延伸板可从浮筒向外地连接，例如延伸板10E、10F，且其它延伸板可从浮筒向内地连接，如延伸板10D。一些延伸板可具有相应的双层延伸板，如延伸板10F、10G，而其它延伸板可以是单层的，如延伸板10D不具有在该延伸板下方或上方的相应延伸板。
此外，一些浮筒可以是相对于船体的其它浮筒对称的，如图14B中所示。浮筒可具有在一侧上的双层延伸板和在另一侧上的单层延伸板，但是另一浮筒可具有在两侧上的双层延伸板或者在两侧上的单层延伸板。当从顶部观察时，图14A中所示的延伸板的总表面面积可以在上述的船体开口22的平方面积的比例范围内。
图15是具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板的浮式海上平台上的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖侧视图。该浮筒8包括一个或多个延伸板10，其被设置成与水平面68或者竖直平面70成直角。在所示的示例性实施方式中，水平延伸板10A、10B、10F、10G与水平面平行地延伸且垂直于竖直平面70。竖直延伸板10N、10P、10Q、10R与水平面68垂直地延伸，且与竖直平面70平行地延伸。这些延伸板可用于与其它实施方式组合，例如仅水平板、仅竖直板、倾斜板、具有翼的，和这里所述的其它变化形式，或者其组合。取决于具体的延伸板的方向，延伸板形成与水平面68或竖直平面70垂直的宽度。该水平延伸板10A和10B分别形成水平宽度74A和74B，其与水平面68平行。类似地，水平延伸板10F和10G分别形成水平宽度74F和74G，其与水平面68平行。竖直延伸板10P和10Q分别形成竖直宽度72P和72Q，其与竖直平面70平行。类似地，竖直延伸板10R和10N分别形成竖直宽度72R和72N，其与竖直平面70平行。各板的宽度乘以长度得到当从诸如水平面68和竖直平面70的正交平面观察时的各板平方面积。与上述的尺寸相似，该水平延伸板可具有为上述船体开口的平方面积的10％至40％(包括10％和40％)的平方面积，以及10％和40％之间的任何百分比的平方面积。对于多层水平延伸板，当从顶部观察时，延伸板的平方面积可被考虑为一层延伸板用于计算平方面积。该竖直延伸板还可具有为上述船体开口的平方面积的10％至40％(包括10％和40％)的平方面积，以及10％和40％之间的任何百分比的平方面积。对于多层竖直延伸板，当从外侧位置朝向浮筒8观察时竖直延伸板的平方面积可被考虑为从而计算一层延伸板的平方面积。例如，在计算沿着图15中的浮筒8的顶表面的平方面积时，延伸板10N的平方面积可考虑为从外侧位置朝向浮筒观察时的范围10％至40％，不包括延伸板10P的平方面积。
如以上关于图6D所说明的，随着结构移动，延伸板在板上形成水分离并，因此在移动过程中拖曳力。此外，当板在浮筒的相同侧上时，在板之间的区域形成水截留区域且有效地向海上平台2的结构增加动态质量。在该实施方式中，水平延伸板10A和10B的分析显示，水平宽度74A和74B的组合分别在竖直平面70中形成拖曳力，且因此抵抗海上平台2的竖直移动。此外，延伸板10A和10B的水平宽度74A和74B的组合分别形成竖直水截留区域40v，其在结构上形成竖直动态质量且因此抵抗竖直移动，并且该增加的质量还延长了垂荡模态周期且因此减少了海上平台的波浪激励响应。该延伸板10F和10G可引起相似的结果。
竖直延伸板10N和10P的分析显示，竖直宽度72N和72P的组合分别在水平面68中形成拖曳力(阻力)，且因此抵抗海上平台2的水平移动。此外，延伸板10N和10P的水平宽度72N和72P的组合分别形成水平水截留区域40H，其在结构上形成水平动态质量且因此抵抗海上平台的水平移动。延伸板10Q和10R可引起相似的结果。竖直延伸板的宽度可比水平延伸板的更窄。
图16是浮式海上平台的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖侧视图，该海上平台具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板。可以以与图15相似的方式说明图16，其中主要的区别在于侧面中的至少一个具有单个延伸板。例如，延伸板10A可被设置在浮筒的侧表面上，延伸板10N可被设置在浮筒8的顶表面上，其中延伸板10F和10R被类似地设置在其各自浮筒表面上。因此，在具有单个延伸板的表面上，延伸板将在与延伸板的宽度的正交方向上引起拖曳力，但是在该表面上没有相邻的延伸板而不必然地引起水截留区域。然而，单个板将有助于动态增加的质量。
图17是浮式海上平台的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖侧视图，该海上平台具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板。可以与图15相似的方式对图17进行说明，其中的主要区别在于至少一侧具有单个延伸板，与图16中的一样。例如，延伸板10B可被设置在浮筒8的侧表面上，延伸板10P可被设置在浮筒8的顶表面上，其中延伸板10F和10R被相似地设置在其各自浮筒表面上。因此，在具有单个延伸板的表面上，延伸板在与延伸板的宽度正交的方向上将产生拖曳力，但是在该表面上没有相邻的延伸板而不必然地引起水截留区域。然而，单个板将有助于动态增加的质量。
图18是浮式海上平台的浮筒的另一个示例性实施方式的横剖侧视图，该海上平台具有沿着浮筒的一个或多个部分固定地连接的一个或多个延伸板。该浮筒8包括被设置成与水平面68或者竖直平面70或者该二者成倾斜角度的一个或多个延伸板10。在所示的示例性实施方式中，延伸板10K、10L、10M、10N围绕浮筒与两个平面成倾斜角度而延伸。该倾斜角度的延伸板可用于与这里所述的其它实施方式组合，例如与具有水平延伸板、竖直延伸板或其结合的实施方式组合。此外，倾斜角度延伸板可被设置在任何起始点和方向，且可向对于其它延伸板对称或不对称。该倾斜角度延伸板形成与水平面68和竖直平面70垂直的有效宽度。例如，延伸板10K形成与水平面68垂直的竖直有效宽度72K以及与竖直平面70垂直的水平有效宽度74K。类似地，延伸板10L形成与竖直平面70垂直的水平有效宽度74L以及与水平面68垂直的竖直有效宽度72L。延伸板10M形成与竖直平面70垂直的水平有效宽度74M以及与水平面68垂直的竖直有效宽度72M。延伸板10N形成与水平面68垂直的竖直有效宽度72N以及与竖直平面70垂直的水平有效宽度74K。各板的有效宽度乘以长度得到当从如水平面68和竖直平面70的正交平面观察时的各板有效平方面积。该有效宽度可用于计算当从浮筒8外侧平行于水平面地观察时，以及当从顶视图沿着平行于竖直平面观察时，板在10％至40％的范围以及这之间的任何百分比的平方面积，其与参考图15所说明的计算相似。
如上关于图6D所说明的，随着结构移动，延伸板在板上形成水分离，以及因此对移动形成拖曳力。此外，当板在浮筒的相同侧上时，在板之间的区域形成水截留区域且有效地向海上平台2的结构增加动态质量。在该实施方式中，对延伸板10K和10N的分析显示，延伸板10K和10N的竖直有效宽度72K和72N的组合分别在水平面68形成拖曳力，且因此抵抗海上平台2的水平移动。延伸板10K和10N的水平有效宽度74K和74N的组合分别在竖直平面70中形成拖曳力，且因此抵抗海上平台2的竖直移动。此外，延伸板10K和10N的水平有效宽度74K和74N的组合分别形成竖直水截留区域40V，其在结构上形成竖直动态质量，且因此抵抗海上平台的竖直移动。延伸板10L和10M可产生相似的结果。
类似地，对延伸板10K和10L的分析显示，延伸板10K和10L的水平有效宽度74K和74L的组合分别在竖直平面70中形成拖曳力，且因此抵抗海上平台2的竖直移动。延伸板10K和10L的竖直有效宽度72K和72L的组合分别在水平面68形成拖曳力，且因此抵抗海上平台2的竖直移动。此外，延伸板10K和10L的竖直有效宽度72K和72L的组合分别形成水平水截留区域40H，其在结构上形成水平动态质量且因此抵抗海上平台的水平移动。延伸板10N和10M可产生相似的结果。
可使用本发明的上述一个或多个方面设计出其它和另外的实施方式而不偏离本发明的实质。例如，延伸部可具有不同的支撑结构和框架，延伸部可被分为连续或不连续的部分，延伸部在使用时可被设置在水表面下方的不同高度处，间隔可以是不同的比例和距离，浮式海上平台设计可改变，柱和浮筒的数量及其形状和尺寸可改变，以及在使用一个或多个延伸板以稳定浮式海上平台的范围内的其它变化。
此外，这里所述的多种方法和实施方式可被包括为彼此结合以产生多种所公开的方法和实施方式的变形。关于单数构件的说明可包括多个构件，反之亦然。在涉及至少一个项目之后跟随项目标记可包括一个或多个项目。此外，实施方式的多个方面可用于彼此结合以完成本申请所含有的目标。除非上下文另外地要求，词“包括”或者其变形，如“包含”或“含有”，应理解为表示包括至少所述的构件或步骤，或者构件或步骤的组，或者其等同，且不排除更大数量的或者任何其它构件或步骤，或者构件或步骤的组，或者其等同。该装置或系统可被用于多种方向或方位。术语“被连接”，“连接”，“连接器”等在此广泛地应用且可包括任何方法或装置，其用于紧固、绑定、结合、系牢、附接、接合、插入其中、形成在其上或其中、连通或者另外地相关联，例如机械地、磁性地、电地、化学地、可操作地、与中间构件直接地或间接地、一件或多件元件共同地且还可包括但不限于以单一的方式将一个功能元件与另一个整体地形成。该连接可发生在任何方向，包括旋转地。
步骤的次序可以多种顺序进行，除非另外地具体限制。这里所述的多个步骤可与其它步骤组合，插入所述步骤，和/或分为多个步骤。类似地，部件已被功能地说明且可被实施为多个不同的部件或者可被组合为具有多种功能的部件。
已在上下文中利用多个示例性实施方式对本发明进行了说明。对本领域技术人员来说，在给出这里所述的公开的情况下，本领域普通技术人员能够做出对所述实施方式的显而易见的修改和改变。这里的本发明以及其等同方式的范围仅受限于根据专利法确定的权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种浮式海上平台，包括：
浮动船体，其包括：
至少三个竖直延伸的柱；和
连接至所述竖直延伸的柱中的至少一个的至少一个浮筒，其中所述至少一个浮筒被配置成至少部分地位于所述海上平台所布置的水的表面下方；
干舷部，所述干舷部在所述至少一个浮筒上方与所述至少一个浮筒在竖直方向上间隔开；和
至少两个刚性延伸板，各延伸板从所述至少一个浮筒基本水平地延伸，一个所述延伸板被布置在另一个所述延伸板上方，各延伸板所处的高度位于在操作过程中所述海上平台所布置的水的表面下方，形成在所述延伸板之间的水下水截留区，其中各延伸板具有第一侧和至少一个自由周边侧，所述第一侧固定连接至所述浮筒，相邻延伸板的自由周边侧限定横向开口，用于来自所述水下水截留区外部的水的通过，其中所述延伸板被配置成通过在所述平台在水中移动时至少引起围绕所述浮筒所连接的延伸板的水平水分离，竖直水分离或其组合，从而减少所述平台的垂荡运动，并且其中所述至少两个延伸板相对于所述浮筒不可移动。
2.如权利要求1所述的海上平台，其中所述延伸板被配置成与不具有所述延伸板的海上平台的垂荡周期响应相比，延长了所述海上平台对于具有垂荡周期的海浪的垂荡周期响应。
3.如权利要求1所述的海上平台，其中所述延伸板被连接在所述浮筒的底部与所述浮筒的顶部之间，包括所述浮筒的底部和所述浮筒的顶部处。
4.如权利要求1所述的海上平台，其中所述延伸板包括连接至所述浮筒的底部的至少一个延伸板。
5.如权利要求4所述的海上平台，其中所述延伸板从所述浮筒向外地连接，从所述浮筒向内地连接，或者该两种方式的组合。
6.如权利要求1所述的海上平台，其中所述延伸板包括连接至所述浮筒的顶部的至少一个延伸板。
7.如权利要求6所述的海上平台，其中所述延伸板从所述浮筒向外地连接，从所述浮筒向内地连接，或者该两种方式的组合。
8.如权利要求1所述的海上平台，还包括连接至所述浮筒的底部和顶部的至少两个延伸板。
9.如权利要求8所述的海上平台，其中所述延伸板从所述浮筒向外地连接，从所述浮筒向内地连接，或者该两种方式的组合。
10.如权利要求1所述的海上平台，其中所述延伸板包括连接在所述浮筒中的至少两个之间的至少一个延伸板。
11.如权利要求1所述的海上平台，其中所述至少两个延伸板包括至少一个延伸板，该至少一个延伸板具有的从所述浮筒延伸的表面面积为所述浮筒不包括所述延伸板时的内周所限定的表面面积的至少10％。
12.如权利要求1所述的海上平台，其中所述至少一个浮筒还包括连接至所述柱的第一浮筒和连接至所述柱的第二浮筒，且所述至少两个延伸板围绕所述柱从所述第一浮筒向外地连接至所述第二浮筒。
13.如权利要求1所述的海上平台，其中所述柱比所述浮筒更大，且所述至少两个延伸板被向外地连接在所述浮筒和所述柱之间。
14.如权利要求1所述的海上平台，其中所述至少一个浮筒包括第一浮筒和第二浮筒，所述第一浮筒包括浮筒延伸部，且所述第二浮筒以非零角度连接至所述第一浮筒，且其中所述至少两个延伸板被连接在所述第一浮筒的浮筒延伸部与所述第二浮筒之间。
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