CN106364633A - 半潜式海洋平台及其优化垂荡效应的实现方法 - Google Patents

半潜式海洋平台及其优化垂荡效应的实现方法 Download PDF

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陈时雨
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Abstract

一种半潜式海洋平台及其优化垂荡效应的实现方法，包括：锁定机构、依次相连的平台主体、升降支柱和自升降式阻尼浮箱，锁定机构设置于平台主体中，并与升降支柱相接触；平台主体包括：主体支柱、上下相连的主体上部机构和主体浮箱，主体支柱穿过主体上部机构进行轴向运动；主体支柱与升降支柱对应相连；下降时向自升降式阻尼浮箱中的压载舱注入压载水后下移到最低位置并锁定，再向主体浮箱中的压载舱注入压载水下移至工作水线；在上升阶段：从主体浮箱中的压载舱中泵出压载水，使平台主体上浮，再从自升降式阻尼浮箱中的压载舱中泵出所有压载水，使其上升至最高位置锁定；本发明设计合理，方便安装运输，工作可靠，运动响应小。

Description

半潜式海洋平台及其优化垂荡效应的实现方法
技术领域
本发明涉及的是一种海洋平台领域的技术，具体是一种半潜式海洋平台的设计及其升降方法(该平台的设计及其升降主要用于减少半潜式海洋石油生产平台的运动响应，改善Riser的疲劳强度并可用简单可靠的水上防喷器)。
背景技术
半潜式海洋平台(Semisubmersible，Semi)是用于海洋钻井、海上石油生产的一种海洋平台。另外有两种海洋平台，分别是张力腿式平台(TLP)和单柱平台(Spar)。Semi在海洋工程领域应用广泛，具有可用于深水、负载能力大、可整体移动或搬运、容易安装和运输等优点，通常可以自航或用一专用工程船将其运载到工作海域，然后用锚链系统或动力定位系统固定在指定地点作业。张力腿式平台是在Semi的下部浮箱加装垂直的张紧式立管，运动响应小，但是受水深限制(<1500米)且负载能力小，安装难度比较大。Spar可用于深水，因为Spar的吃水深并且在下部加了重块压载，它的重心在浮心之下，负载比张力腿平台大，运动响应小，但单柱需用拖船横着拖到指定地点然后灌水下沉直立，再用大型起重船把上部建筑(Topside)起吊设置于单柱上，运输安装比较复杂，甲板面积小。
在海洋石油生产领域，半潜式海洋平台具有容易运输和安装、水深不受限制、负载能力大、甲板面积大等优点，缺点是其运动响应(垂荡)比TLP和Spar略大，影响生产立管(ProductionRiser)的疲劳强度并且需要复杂昂贵的水下防喷器Subsea BOP。如果能够通过平台的设计减小半潜式海洋平台的运动响应(垂荡)，从而改善Riser的疲劳强度并可用简单可靠的水上防喷器，它就有可能更多地被用于海洋石油生产平台。
发明内容
本发明针对现有技术无法有效降低半潜式海洋平台的运动响应(垂荡)，无法解决半潜式海洋石油生产平台的问题，提出一种半潜式海洋平台及其优化垂荡效应的实现方法，通过在平台主体下方安装自升降式阻尼浮箱，先后排出平台主体中主体浮箱和自升降式阻尼浮箱中的压载水，使平台主体上升；先后向自升降式阻尼浮箱和主体浮箱中注入压载水，使平台主体下降，便于作业；并且运输安装方便，运动响应大幅度减小。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种半潜式海洋平台，包括：锁定机构、依次相连的平台主体、升降支柱和自升降式阻尼浮箱，其中：自升降式阻尼浮箱对称设置于平台主体的下方，每个自升降式阻尼浮箱通过两个升降支柱与平台主体相连；锁定机构设置于平台主体中，并与升降支柱相接触。
所述的平台主体包括：主体支柱、上下相连的主体上部机构和主体浮箱，其中：主体浮箱对称设置于主体上部机构的下方，主体支柱穿过主体上部机构进行轴向运动。
所述的主体支柱和升降支柱的直径相同，直径的大小需要满足柔性管和多路电缆布置要求和主体支柱结构强度要求。
所述的主体支柱和升降支柱的长度是相关：当主体浮箱的高度和主体上部机构的高/厚度相同时，主体支柱和升降支柱的长度相同，即L主体立柱＝L升降支柱‐H主体浮箱+H上部机构。
所述的主体浮箱优选为两个，其所产生的浮力用于支持上部结构重量和负载。
所述的主体浮箱为U型浮箱。
所述的主体浮箱上设有与升降支柱相配合的通孔。
所述的主体支柱与升降支柱对应相连。
所述的主体支柱内设有用于注入压载水或泵出压载水的柔性管和多路电缆。
所述的锁定机构设置于主体浮箱上的通孔处或主体上部机构中，以减少腐蚀和提高操控性，该锁定机构包括：设置于升降支柱上的齿条和设置于两支柱连接处的联锁机制。
所述的联锁机制采用但不限于液压多齿锁。
所述的主体浮箱和自升降式阻尼浮箱内均设有压载舱。
本发明涉及上述半潜式海洋平台的优化垂荡效应的实现方法，具体为：在下降阶段：使用系泊系统系泊半潜式海洋平台，向自升降式阻尼浮箱中的压载舱注入压载水后通过升降支柱使其下移到最低位置，并通过锁定机构锁定，之后向主体浮箱中的压载舱注入压载水使其下移至工作水线；在上升阶段：从主体浮箱中的压载舱中泵出压载水，使平台主体上浮至运输或自航吃水线，之后从自升降式阻尼浮箱中的压载舱中泵出所有压载水，通过升降支柱使自升降式阻尼浮箱上浮到最高位置并通过锁定机构锁定。
技术效果
与现有技术相比，本发明设计合理，通过调节主体浮箱和自升降式阻尼浮箱中的压载水的注入或者泵出，控制平台主体的升降，有效降低半潜式海洋平台的运动响应，即垂荡，达到类似于Spar的效果，并且成本低，易安装运输，有广泛的海洋石油生产平台应用前景。
附图说明
图1为半潜式海洋平台立体图；
图2为半潜式海洋平台正视图；
图3为半潜式海洋平台深吃水时立体图；
图4为半潜式海洋平台深吃水时预备工作状态示意图；
图5为半潜式海洋平台深吃水时工作状态示意图；
图6为本发明运动响应(垂荡)放大率示意图；
图中：1为平台主体、2为自升降式阻尼浮箱、3为阻尼浮箱的升降支柱(主体上部机构下面的部分)、4为锁定机构、5为主体浮箱、6为主体支柱(主体上部机构上面的部分)、7为主体上部机构。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本实施例包括：锁定机构4、依次相连的平台主体1、四个升降支柱3和两个自升降式阻尼浮箱2，其中：两个自升降式阻尼浮箱2对称设置于平台主体1的下方，每个自升降式阻尼浮箱2通过两个升降支柱3与平台主体1相连；锁定机构4设置于平台主体1中，并与升降支柱3相接触。
所述的平台主体1包括：四个主体支柱6、上下相连的主体上部机构7和两个主体浮箱5，其中：主体浮箱5对称设置于主体上部机构7的下方，主体支柱6穿过主体上部机构7进行轴向运动。
所述的主体浮箱5为U型浮箱。
所述的主体浮箱5上设有与升降支柱3相配合的通孔。
所述的主体支柱6与升降支柱3对应相连。
所述的主体支柱6内设有柔性管和多路电缆。
所述的锁定机构4设置于主体浮箱5上的通孔处或主体上部机构7中。
所述的主体浮箱5和自升降式阻尼浮箱2内均设有压载舱。
所述的压载舱可注入或者泵出压载水，并使自升降式阻尼浮箱2下降或者上升，同时改变半潜式海洋平台的重量、重心和运动响应。
如图2所示，本实施例开始工作前，自升降式阻尼浮箱2处于最高位置并锁定；半潜式海洋平台可自航或者用一专用工程船将其运载到工作海域。
如图3～5所示，在下降阶段：使用系泊系统系泊半潜式海洋平台，向两个自升降式阻尼浮箱2中的压载舱同时注入压载水后通过升降支柱3使其下移到最低位置，并通过锁定机构4锁定，之后向主体浮箱5中的压载舱注入压载水使其下移至工作水线，平台开始生产工作。
当平台完成一个海域的生产工作后需要移动到另外一个海域时，从主体浮箱5中的压载舱中泵出压载水，使平台主体1上浮至运输或自航吃水线，之后从自升降式阻尼浮箱2中的压载舱中泵出所有压载水，通过升降支柱3使自升降式阻尼浮箱2上浮到最高位置并通过锁定机构4锁定，再自航或用一专用工程船将其运载到另一工作海域。
所述的升降支柱3的轴向运动也可以通过与自升式钻井平台机制类似的齿条和小齿轮实现，再使用压载水调整平台的重量和重心。
如图6所示，当半潜式海洋平台的质量msemi通过自升降式阻尼浮箱2和压载水得到增加，平台的无阻尼固定频率fn下降，增加，运动响应减小；当自升降式阻尼浮箱2中的压载舱中注入压载水后下移到最低位置并锁定，主体浮箱5的压载舱注入压载水使平台下移至生产位置(工作水线)，平台吃水加深，平台的重心C.G在浮心C.B之下，具有无条件稳定性，可减少平台水线面积Aw，从而进一步减小固有频率fn和平台的运动响应；而自升降式阻尼浮箱2增加了平台的阻力和阻尼系数，进一步减小了平台的运动响应。
本实施例的运动响应可达到与Spar类似的水平(平台生产工作时的吃水需达到300ft‐400ft(91m‐122m)，主体浮箱的工作时吃水需165ft(50m)以上)，从而改善Riser的疲劳强度，并可以使用简单可靠的水上防喷器Surface BOP。
本实施例不需用拖船将平台浮体(如Spar)横着拖到指定地点后灌水下沉直立，再用大型起重船将上部建筑(Topside)起吊设置于平台浮体上，操作简单方便。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种半潜式海洋平台，其特征在于，包括：锁定机构、依次相连的平台主体、升降支柱和自升降式阻尼浮箱，其中：自升降式阻尼浮箱对称设置于平台主体的下方，每个自升降式阻尼浮箱通过两个升降支柱与平台主体相连；锁定机构设置于平台主体中，并与升降支柱相接触；
所述的平台主体包括：主体支柱、上下相连的主体上部机构和主体浮箱，其中：主体浮箱对称设置于主体上部机构的下方，主体支柱穿过主体上部机构进行轴向运动。
2.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的主体浮箱为U型浮箱。
3.根据权利要求1或2所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的主体浮箱上设有与升降支柱相配合的通孔。
4.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的主体支柱与升降支柱对应相连，且主体支柱和升降支柱的直径相同，主体支柱和升降支柱的长度满足L主体立柱＝L升降支柱‐H 主体浮箱+H上部机构。
5.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的主体支柱内设有用于注入压载水或泵出压载水的柔性管和多路电缆。
6.根据权利要求1所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的锁定机构设置于主体浮箱上的通孔处或主体上部机构中，该锁定机构包括：设置于升降支柱上的齿条和设置于两支柱连接处的联锁机制。
7.根据权利要求6所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的联锁机制采用液压多齿锁。
8.根据上述任一权利要求所述的半潜式海洋平台，其特征是，所述的主体浮箱和自升降式阻尼浮箱内均设有压载舱。
9.一种根据上述任一权利要求所述半潜式海洋平台的优化垂荡效应的实现方法，其特征在于，包括：
下降阶段：使用系泊系统系泊半潜式海洋平台，向自升降式阻尼浮箱中的压载舱注入压载水后通过升降支柱使其下移到最低位置，并通过锁定机构锁定，之后向主体浮箱中的压载舱注入压载水使其下移至工作水线；
上升阶段：从主体浮箱中的压载舱中泵出压载水，使平台主体上浮至运输或自航吃水线，之后从自升降式阻尼浮箱中的压载舱中泵出所有压载水，通过升降支柱使自升降式阻尼浮箱上浮到最高位置并通过锁定机构锁定。
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