CN106573666A - 用于石油钻探的浮力结构 - Google Patents

Abstract

一种浮力结构，其具有：船体；限定了下部船体直径的平坦龙骨；与平坦龙骨连接的下部圆柱形部分；设置在下部圆柱形部分上方的下部截头圆锥形部分，其具有以第一角度向内倾斜的壁；上部截头圆锥形部分，其直接连接到下部截头圆锥形部分，上部截头圆锥形部分具有向外倾斜的壁，向内倾斜的壁邻接向外倾斜的壁，以形成具有船体颈部直径的船体颈部。该浮力结构具有主甲板、月池和附接到平坦龙骨的推进器，推进器通过马达或发电机运转。浮力结构连接在具有腔室的浮力存储环形体上。

Description

用于石油钻探的浮力结构

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月6日提交的共同未决的美国发明专利申请No.14/452,826的优先权和利益，该美国发明专利申请要求2013年8月30日提交的共同未决的美国临时专利申请No.61/872,515的优先权和利益，这两篇专利申请的名称均为“BUOYANT STRUCTUREFOR PETROLEUM DRILLING,PRODUCTION,STORAGE AND OFFLOADING(用于石油钻探、生产、存储和卸载的浮力结构)”。该两参考文献以全文引用方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及用于石油钻探、生产、存储和卸载的浮力结构。

背景技术

需要一种高度稳定的浮力结构，该浮力结构为漂浮的船舶，能够在海上从一个钻探位置被拖拽到另一个钻探位置，或者以其自身的动力运动，并且其另外还用于将管件存储在腔室中，以防止管件滚落到海中。

需要一种不容易倾斜的钻探船舶。

在钻探船舶中还需要有较大的月池，以提供用于搬运设备和人员的较为安全的钻探操作，并且提供用于装配管件和执行水上舷侧水下钻探活动的较大容纳空间。

本发明满足这些需要。

附图说明

结合附图将更好地理解具体实施方式，其中附图如下：

图1示出了处于无压载状态的浮力结构。

图2示出了处于压载状态的浮力结构。

图3示出了处于压载状态的浮力结构漂浮体的后视图。

图4示出了船体的横截面。

图5A为浮力结构的下部圆柱形部分的平面图。

图5B为下部圆柱形部分的另一个平面图。

图6为多个排水量减小装置的详细视图。

图7示出了具有井架的浮力结构。

图8为浮力结构的内壳板侧和外壳板侧之间的不透水舱室的俯视图。

图9为安装至壁部的起伏控制平台之一的详细视图。

图10示出了支撑在具有腔室的浮力存储环形体上的浮力结构的实施例。

图11为具有腔室的浮力存储环形体的俯视图。

图12A示出了具有隔板的存储部的实施例，该存储部具有两个外部刺突。

图12B示出了具有隔板的存储部的实施例，该存储部具有一个内部刺突。

图12C示出了具有隔板的存储部的实施例，该存储部具有两个外部刺突和一个内部刺突。

以下将参照所列出的附图详细描述本发明。

具体实施方式

在详细解释本发明的设备之前，应当理解，该设备并不限于具体实施例，并且可以以多种方式实践或实施。

本发明涉及用于石油钻探、生产、存储和卸载的浮力结构，该浮力结构具有船体，该船体为限定了竖直轴线的独特形状，其可以是压载的和无压载的，以分别用于钻探操作和无钻探操作。

船体的特征在于，在所有高度处具有圆形的水平横截面。

船体可从最接近海底的部分限定。该第一部分是平坦龙骨，其限定了下部船体直径，如图中的D1所示。

船体可具有与平坦龙骨连接的下部圆柱形部分。该下部圆柱形部分的直径D1可以是船体的最大直径。

船体还可具有设置在下部圆柱形部分之上的下部截头圆锥形部分。

下部截头圆锥形部分可具有以第一角度向内倾斜的壁。这些向内倾斜的壁远离下部圆柱形部分的周边而朝向竖直轴线倾斜。

在此所使用的术语“向内倾斜”可以指的是远离周边或周围并朝向竖直轴线的倾斜。向内倾斜的壁以相对于竖直轴线测量的大致从50度至70度的角度倾斜。

船体可具有与下部截头圆锥形部分直接连接的上部截头圆锥形部分。

上部截头圆锥形部分可具有向外倾斜的壁，下部截头圆锥形部分可具有向内倾斜的壁，该向内倾斜的壁相对于竖直轴线以第二角度倾斜。

向外倾斜的壁可以相对于竖直轴线成3度至45度的第二角度。

向外倾斜的壁抵靠向内倾斜的壁，以形成船体颈部，该船体颈部的直径为D3。

船体可具有从平坦龙骨到主甲板限定的船体高度。从平坦龙骨到主甲板限定的船体高度为船体颈部直径D3的45％至90％。

船体的高度范围为30米至80米。

船体颈部直径D3可以是船体的最小直径D3。船体颈部直径D3可为上部船体直径D2的75％至90％。

在各实施例中，主甲板可以是大致水平的主甲板，其额外限定了上部船体直径D2。

主甲板可以连接在上部截头圆锥形部分上，并且可具有导航塔、直升机停机坪、用于货物的甲板收纳空间、锚栓、用于拖拽的鲨鱼钳、以及用于附加设备的空间，该附加设备不限于井架、蓄电池、起重机、发电机、用于井架的顶部驱动器、以及用于拾取和整理管件的装置。

船体具有的下部圆柱形部分的直径D1可为上部船体直径D2的115％至130％。

在船体内、主甲板下方和平坦龙骨上方可以是月池。

在各实施例中，多个不透水隔室可定位在外壳板侧和月池之间。

月池可具有月池直径，该月池直径可以成锥形，并且大体上朝向平坦龙骨在内侧增大。

月池在主甲板附近可具有第一或起始月池直径，该直径可以较小，然后该直径可以随着月池直径接近平坦龙骨而逐渐增大。

在各实施例中，月池为半椭圆形，该椭圆形的小半径为上部船体直径的10％至30％，椭圆形的主半径为上部船体直径的25％至50％。

在各实施例中，船体可以包含第一隧道，该第一隧道为下部圆柱形部分的壁的开口，并且延伸穿过月池。

第一隧道可具有第一隧道侧壁、第二隧道侧壁以及连接隧道侧壁的隧道顶部。

隧道用来减小浮力结构在运输或通行期间水的摩擦。

在围绕船体中的月池并邻近月池中的水的壁部可形成多个起伏控制平台。所述多个起伏控制平台可形成在围绕月池并靠近月池中的水附近的平坦龙骨的壁部。

所述多个起伏控制平台可以延伸远离壁部，以用于通过减小月池区域中的水的上下推力而控制月池中的起伏。

推进器可以附接到平坦龙骨并通过马达(例如柴油马达)与柴油发电机操作，其中马达和发电机可连接到燃料箱。在各实施例中，燃料箱可容纳75,000桶柴油。

推进器、马达和发电机区域可与控制中心连通，该控制中心例如处于驾驶室中，具有导航系统，例如全球定位系统(GPS)、动态定位系统(DPS)或其它导航系统。该控制中心可以使用导航系统来将浮力结构动态地定位在油井上，以用于钻探或运输推进，例如运输到另一个位置。

具有泵的多个压载箱可连接到控制中心，以用于根据需要使船体压载和解除压载。压载箱可以结合有各种密度的材料，以影响俯仰和侧倾。

该浮力结构由于对称水线的连续而能够提供高储备的浮力。

该浮力结构具有船体，该船体通过在船体隔室中使用受控的水压载系统而保护人员和设备以及钻探流体免于不期望的不稳定性。

通过使工人能够在月池的多个水平面上工作，该浮力结构的月池为钻探人员提供了更加安全的全天候工作环境，而不会暴露于冷风或暴雨或风暴中。

由于船体不需要风向标，该浮力结构作为漂浮钻探平台提供了稳定的动力消耗体制。这种浮力结构允许船体使用动态定位，由此对于方向上的激烈环境变化而言不太敏感，例如当1级飓风产生于西南方向，然后如魔法般地转向为来自西北方向时，与系泊的船舶相比，这种使用动态定位的船体可以更加容易地应对这些风向变化。

在各实施例中，该浮力结构可以是系泊的。

该浮力结构的船体的设计具有高的干舷，由此降低人员暴露于甲板上浪的可能性。

该浮力结构减少了在操作条件期间暴露于波浪拍击力冲击的敏感结构区域。

该浮力结构可以使用多个压载隔室进行压载和解除压载，这些压载隔室连接有水泵，以便由压载海水部分地填充而稳定船体，从而针对凶猛的漂浮物体导致的任何碰撞为人员和设备提供增强的安全性。当与半潜式结构相比时，该浮力船体降低了空隙空间中自发溢流的渗透性。

在各实施例中，该浮力结构可具有外壳板侧和内壳板侧，该外壳板侧和内壳板侧可通过不透水隔室分隔开。

在各实施例中，该浮力结构可具有连接在甲板和上部截头圆锥形部分之间的上部圆柱形部分。

在各实施例中，该浮力结构可具有延伸通过下部圆柱形部分直至月池的第一隧道和第二隧道。

第二隧道可以沿第一方向以180度至270度的角度连接到第一隧道，并且可以沿第二方向以180度至90度的角度从第一隧道连接。

第二隧道可具有与第二隧道顶部连接的一对第二隧道侧壁。

在各实施例中，该浮力结构可具有延伸穿过下部圆柱形部分的多个隧道。在其它实施例中，各隧道可通过第一隧道以一定角度连接到第二和第三隧道而形成为V字形符号。

在各实施例中，该浮力结构可具有以180度角流体地连接月池的第一和第二隧道。

每一个隧道均具有沿隧道的长度延伸的底部。设置隧道底部的理由在于在快速运输通过水柱期间减小流体静力学阻力的积聚以及减少在月池中捕获的水以减小排水量。

在各实施例中，月池可以围绕竖直轴线居中地设置。月池还可以定位成偏离竖直轴线的中心，例如处于船体的侧部。

在此使用的术语“钟形”指的是椭圆形形状，尤其是半椭圆形形状；该椭圆形形状的窄端靠近主甲板。

术语“钟形”还指的是在钟形形状的靠近平坦龙骨的部分处过渡到圆柱形形状的椭圆形形状。

在此使用的术语“钟形”还指的是测地线(geodesic)曲线，测地线已知为连接定位在形成向内倾斜的壁的半椭圆形曲线上的节点的一系列直线。

在度量几何学中，测地线形状通过使用在任意地方距离最小的曲线形成。更精确地，如果常数v≥0，那么曲线γ：I→M从真实的间隔I到度量空间M是测地线，使得对于任何t∈I，在I中存在t的邻域J，从而对于任何t1,t2∈J，该公式由d(γ(t₁),γ(t₂))＝υ|t₁-t₂|形成。

在度量几何学中，所考虑的测地线通常进行自然参数化，也就是，在上面的恒等式中，υ＝1且d(γ(t₁),γ(t₂))＝υ|t₁-t₂|。

如果所有的t1，t2∈I都满足最后一个等式，那么测地线被称为最小测地线或最短路径。这样的具有最小化路径的测地线形状用于本发明。

在各实施例中，浮力结构在主甲板附近具有第一月池直径，该直径以多个可变速率朝向海底逐渐增大。月池可以首先与下部甲板连接，然后与主甲板连接。

月池直径可以针对不同的高度以不同的速率从第一月池直径增大到第二月池直径。

在各实施例中，浮力结构可具有多个连接的起伏控制平台。在各实施例中，起伏控制平台在围绕月池的壁部定位时可以交错布置。

在各实施例中，起伏控制平台中的每一个的长度为1米至20米、宽度为0.5米至3米，高度为3厘米至20厘米。在其它实施例中，起伏控制平台可具有上述范围内的不同尺寸。

在各实施例中，起伏控制平台中的每一个可具有多个穿孔。在此使用的术语“穿孔”可以指的是在起伏控制平台中形成的孔。在各实施例中，某些起伏平台可具有穿孔，而其它起伏平台不具有穿孔。

在各实施例中，浮力结构可具有由3厘米厚的波纹形钢板制成的波纹高度为1至15厘米的起伏控制平台，或者由平滑钢板制成。

在各实施例中，浮力结构可具有形成在上部截头圆锥形部分或下部截头圆锥形部分中的第一排水量减小装置。术语“排水量减小装置”可以指的是桶形装置，其具有桶底部、第一桶侧和连接到桶底部的第二桶侧。

在各实施例中，浮力结构可具有第二排水量减小装置，该第二排水量减小装置形成在不包含第一排水量减小装置的截头圆锥形部分中。

在各实施例中，浮力结构可具有形成在上部截头圆锥形部分、下部截头圆锥形部分或它们的组合中的多个排水量减小装置。

在各实施例中，浮力结构可具有多个形成在主甲板和下部截头圆锥形部分之间船体中的甲板。每一甲板可从月池延伸到内壳板侧，除了主甲板之外，其它甲板可以延伸到外壁。甲板可包括夹层甲板和底层甲板。

在各实施例中，浮力结构可具有不透水存储腔室，其用于存储在钻探操作中所使用的管件。

管件可以是钻管、套管、海底取油管以及它们的组合。

在各实施例中，可与竖直轴线平行地设置竖直存储腔，并且竖直存储腔可从多个甲板中的一个或多个、月池以及它们的组合中触及。

在各实施例中，浮力结构可具有多个安装到平坦龙骨的推进器和一个控制中心，该推进器连接至具有由燃料提供动力的发电机的柴油电动马达，该控制中心具有导航系统。马达和发电机可连接到导航系统的推进器提供了推进力和动态定位。导航系统可连接到卫星动态定位系统，以允许船舶进行远程动态定位。

在各实施例中，平坦龙骨可以是平坦的水平龙骨。在各实施例中，龙骨可以是略微倒圆角的，以用于更快速的运输和更低的燃料消耗。

在各实施例中，月池可具有连续直径部分，其中该连续直径从龙骨开始直至距龙骨16米。

在一个实施例中，浮力结构可以定位在由多个互锁部或节段形成的具有腔室的浮力存储环形体上方并且连接到该浮力存储环形体。

在各实施例中，具有腔室的浮力存储环形体可以是可牵引的和模块化的，其中每一个部分独立地进行压载。具有腔室的浮力存储环形体可形成用于该浮力结构的半永久性海底卸货平台。

在各实施例中，具有腔室的浮力存储环形体可以在浮力结构下方安全地停靠和锁定，以允许通过浮力结构和具有腔室的浮力存储环形体中的开口进行钻探，由此形成环境安全、操作可控的环境。

与互锁的模块化的具有腔室的浮力存储环形体联接的浮力结构尤其能够用于极冷的浅水条件。

在一个实施例中，多个具有腔室的浮力存储环形体可以串联连接，由此菊花链式存储和管路组合在一起优化了海底构造，以支持用于全油田开发的生产。

在具有腔室的浮力存储环形体上可以使用预设的凸缘和管道，以用于连接到浮力结构，并且连接在存储环的各部分之间。

预设的进口、内部管道以及预设的出口可以用来使能够牵引的模块化互锁的具有腔室的浮力存储环形体具有快速连接和可相互连接性，以使得上述单元在钻探时能够扩大。

可牵引的模块化互锁的具有腔室的浮力存储环形体的一个优点在于可对油井喷发进行溢出保护。

预设的出口可以用来使模块化互锁的具有腔室的浮力环形体能够借助于预先连接的管路将碳氢化合物从存储环形体虹吸(例如传送)至相邻的漂浮存储船体，所述预先连接的管路附接到存储环形体上的预设凸缘之一。

本发明的优点在于，浮力结构可以定位在损坏的油井上，以允许包括挥发性有机碳的碳氢化合物被吸走并传送到油轮或驳船，以用于附近的恰当环境容纳和存储。

在一个实施例中，每一个可牵引的模块化互锁的具有腔室的浮力存储环形体可以包含4597立方米至305614立方米的流体存储量，例如碳氢化合物存储。

在一个实施例中，具有腔室的浮力存储环形体可具有3至4个具有隔板的存储部，这些存储部互锁为七巧板部件。

在尺寸上，可牵引的模块化互锁的具有腔室的浮力存储环形体的高度可为10英尺至60英尺，无压载深度可为10英尺至20英尺(其被称为运输深度)，压载深度可为20英尺至40英尺。

可牵引的模块化互锁的具有腔室的浮力存储环形体可被压载至完全漂浮于水下。每一个具有隔板的存储部可被压载，从而单独地漂浮在水下。

现在转到附图，图1示出了例如在进行运输时而处于无压载状态下的浮力结构。图2示出了处于压载状态下的浮力结构，例如用于钻井或在油井上工作的操作状态。

参考图1和2，浮力结构10可包括船体12，该船体具有竖直轴线14和上部船体直径D2。

船体12可具有与内壳板侧连接的外壳板侧。外壳板侧的特征在于，外部船体在所有高度处的水平横截面的形状选自：圆形、椭圆形和测地线形(geodesic)。内壳板侧的特征在于形状选自：圆形、椭圆形和测地线形。

在各实施例中，船体12可包括限定了下部船体直径D1的平坦龙骨20以及与平坦龙骨20连接的下部圆柱形部分22。

在各实施例中，下部圆柱形部分22可具有与下部船体直径D1相同的直径，并且这两个直径可以是船体的最大直径。下部船体直径D1可为上部船体直径D2的101％至130％。

在各实施例中，下部截头圆锥形部分24可以设置在下部圆柱形部分22上方。下部截头圆锥形部分24可具有以第一角度26形成的向内倾斜的壁25。相对于竖直轴线14，第一角度26可以在50度至70度的范围内。

船体12包括可直接连接到下部截头圆锥形部分24的上部截头圆锥形部分28。上部截头圆锥形部分28可具有以第二角度30向外倾斜的壁29。相对于竖直轴线，第二角度可为3度至45度。第二角度对于北极区的破冰条件尤其有利。

下部截头圆锥形部分可具有与向外倾斜的壁29邻接的向内倾斜的壁25。该两个壁的相交部分可形成具有船体颈部直径D3的船体颈部32。该船体颈部直径可以比下部船体直径小至少10％。

浮力结构可具有从平坦龙骨20到主甲板36测量的船体高度34。在各实施例中，主甲板36可以连接在上部截头圆锥形部分28上。在各实施例中，主甲板36的形状可以是圆形的、正方形的或矩形的。

在各实施例中，下部圆柱形部分22的直径可为上部船体直径D2的115％至130％。

在各实施例中，浮力结构可具有月池，该月池围绕竖直轴线居中地形成，或者偏离竖直轴线形成。

浮力结构10可具有第一隧道64，该第一隧道可通过下部圆柱形部分延伸到月池。第一隧道可具有第一隧道侧壁66、第二隧道侧壁68和连接隧道侧壁的第一隧道顶部70。在各实施例中，第一隧道可具有连接隧道侧部的第一隧道底部72。第一隧道的横截面可以是正方形的或矩形的，并且可具有其他可用的几何结构，以允许船只和/或物料从月池运出。

如图1所示，当船体无压载并准备运输时，水平面96的高度可处于平坦龙骨20和下部截头圆锥形部分24之间。

如图2所示，当浮力结构压载并准备进行钻探操作时，水平面96可处于上部截头圆锥形部分28和主甲板36之间。

上部圆柱形部分62可处于主甲板36和上部截头圆锥形部分28之间。上部圆柱形部分62可用于存储机器和散装物料。

浮力结构10可具有定位在上部圆柱形部分62中的主甲板下方的马达46，该马达46与发电机48连接，而发电机48又连接至燃料箱50。在各实施例中，该马达可以是柴油电动马达。在各实施例中，可具有一个以上的马达。在各实施例中，每一个马达可以产生9000hp(马力)的功率。在各实施例中，发电机可以是柴油发电机，例如来自Wartsilla或Siemens的发电机，其功率容量可达36+兆瓦。

马达46和发电机48可与安装在主甲板上方的控制中心52连通。控制中心52可具有与马达和发电机连通的导航系统54。在各实施例中，马达的总容量可为38兆瓦。驾驶室可以用作控制中心52，其可包括具有软件的计算机，以使得导航系统54利用动态定位系统的卫星或者其它网络(例如全球定位系统网络)来进行导航。

推进器可被固定到平坦龙骨，并且可通过马达进行操作。控制中心可以利用导航系统54来将压载后的浮力结构动态地定位在油井上，以用于钻探。在各实施例中，当浮力结构在无压载状态下被运输期间，可以使用导航系统54并使用推进器来驱动该浮力结构并使其转向。

该浮力结构可以系泊到海床或者系泊至定位在水下的结构。

该控制中心可以控制连接至主甲板或者安装在平坦龙骨上方的浮力船舶之上的多个压载箱，以用于压载船体以及卸压载。该浮力结构可以限定重心和浮力中心，其中浮力中心的重心处于浮力结构的重心之下。

浮力结构可包括沿远离竖直轴线的方向从下部圆柱形部分22延伸的下部龙骨截头圆锥形部分23。在各实施例中，下部龙骨截头圆锥形部分23可以延伸下部圆柱形部分的竖直高度的40％至95％，并且可以相对于竖直轴线以30度至70度的角度延伸。

图3示出了压载后的浮力结构漂浮体的后视图。

图3具有与图1和2所有相同的部分，除了还示出第二隧道之外。

所示的浮力结构10具有船体12，该船体具有：竖直轴线14；平坦龙骨20，其具有下部圆柱形部分22、下部截头圆锥形部分24和下部龙骨截头圆锥形部分23；下部截头圆锥形部分的(与竖直轴线)成第一角度26的向内倾斜的壁25；上部截头圆锥形部分28的(与竖直轴线)成第二角度30的向外倾斜的壁29；船体颈部32；整体船体高度34；主甲板36；马达46；发电机48；燃料箱50；具有导航系统54的控制中心52；上部圆柱形部分；水平面96；下部船体直径D1；上部船体直径D2；以及船体颈部直径D3。

浮力结构可具有第二隧道74。该第二隧道可具有第一第二隧道侧壁76、第二第二隧道侧壁78和连接在上述第二隧道侧壁之间的第二隧道顶部80。在各实施例中，第二隧道74可具有连接在第二隧道侧壁之间的第二隧道底部82。

在各实施例中，第二隧道可以相对于第一隧道成180度至270度的角度。在各实施例中，第二隧道底部可以在第二隧道的整个长度上延伸。在各实施例中，水可以填充第一隧道或第二隧道的任何高度，从干燥到隧道的最大高度。在各实施例中，多个隧道可形成在浮力结构的外侧壁和月池之间。隧道可以用来在浮力结构处于运输状态时降低船体通过水柱的阻力。

图4示出了船体的横截面。

所示的浮力结构被向下压载，其中50％的船体12处于水平面96下方以进行操作，例如进行钻探或在油井上工作。

船体12可具有外壳板侧16和内壳板侧18。船体的侧部可由钢板形成。平坦龙骨20可由与外壳板侧和内壳板侧相同的钢制成。

推进器44a和44b可从平坦龙骨伸出。在一个实施例中，推进器可以是四叶片式推进器，并且可以是方位推进器(azimuth thrusters)。推进器可以在无需干船坞的情况下进行安装和拆卸。

下部圆柱形部分22可以在平坦龙骨上方延伸，并且其直径可达112米。下部截头圆锥形部分可具有(与竖直轴线)成60度角向内倾斜的壁25。

该浮力结构可包括下部甲板37a和37b，该下部甲板可支持散装存储，例如用于钻探泥浆和粘固剂。在各实施例中，下部甲板可用于防喷器或管件的搬运设备。

该浮力结构可包括月池38。月池可以是钟形的。月池可以由内壳板侧形成，其特征在于形状选自：圆形、椭圆形和测地线形。

月池在靠近主甲板36处可具有第一月池直径40，该第一月池直径在平坦龙骨附近可增大到第二月池直径42。第二月池直径可小于上部船体直径。

在月池为椭圆形的实施例中，月池可具有小半径84和主半径86。月池小半径可为主甲板直径的10％至30％，月池主半径可为主甲板直径的25％至50％。

月池可具有月池高度88。

月池可具有恒定直径部90，该恒定直径部形成于下部圆柱形部分22中，并延伸到平坦龙骨20。在各实施例中，恒定直径部90的直径为9米。在各实施例中，恒定直径部可从平坦龙骨延伸直至16米。

浮力结构可具有多个起伏控制平台92a-92f。每一个起伏控制平台不能够保持水。每一个起伏控制平台可以用作阻流板，并且在水面上产生阻力，以阻止浮力结构的不稳定性。在各实施例中，起伏控制平台可以交错布置或者可具有相同的长度。在一个实施例中，可以使用最少三个起伏控制平台。

上述起伏控制平台可以附接到月池的壁部94。该壁部可以附接到下部甲板37a和37b。

至少一个压载箱58a可安装在船体中，并与控制中心连通。压载箱可用于使船体压载和卸压载。

图5A是浮力结构的下部圆柱形部分的平面图。

在浮力结构处于压载操作条件下时，下部圆柱形部分22中可形成有第一隧道64和第二隧道74。

第一水力运输转向器隔板75a可形成在第一隧道的侧壁和第二隧道的侧壁之间。该第一水力运输转向器隔板可以是实心的，并且可与形成月池38的内壳板侧18的曲线对准和成镜像。水力运输转向器隔板可与圆形的、椭圆形的或测地线形的曲线成镜像。

第二水力运输转向器隔板75b可形成在第一隧道的侧壁和第二隧道的侧壁之间，并且形成在横跨月池38的直线中。

在一个实施例中，第二水力运输转向器隔板75b可以是实心的，并且可从第一隧道的一侧横跨到横跨月池38的第二隧道的相对侧。

在该实施例中，第二水力运输转向器隔板可包括压载箱隔室79a和79b，该压载箱隔室与控制中心连通以用于稳定浮力结构。

在一个实施例中，水力运输转向器隔板可形成在第一隧道的侧壁之间，并且简单地从内壳板侧部分地延伸到月池中。在各实施例中，至少一个水力运输转向器隔板可附接到平坦龙骨。

图5B为下部圆柱形部分22的另一个平面图。

内壳板侧18的至少一部分可具有测地线形状。在各实施例中，与第一隧道64和第二隧道74连接的月池38的形状可为100％的测地线形，或者完全围绕月池的100％曲线。

图6为多个排水量减小装置的详细视图。

第一排水量减小装置91a可位于船体的上部截头圆锥形部分28中。第二排水量减小装置91b可位于下部圆柱形部分22中，其中下部龙骨截头圆锥形部分23从下部圆柱形部分伸出。

在各实施例中，第一排水量减小装置可以消除一定量的由外部水柱和月池区域中的截留排水量所引起的摩擦。在各实施例中，可以仅仅使用一个排水量减小装置。

下部圆柱形部分22可具有与第一排水量减小装置91相对的第二排水量减小装置91b。上述排水量减小装置的尺寸和形状可以是相同的，或者可以是不同的。排水量减小装置可以围绕外壳板侧成组地安装，例如三个或四个一组。

排水量减小装置可以在船体中被切断，以改变排水量，就像船体中没有玻璃的窗户那样。排水量减小装置的尺寸为：长度为10英尺至20英尺，高度为10英尺至20英尺。

图7示出了具有井架的浮力结构。

浮力结构10可具有安装在主甲板上的井架2。在各实施例中，井架可以结合到船体中。

该浮力结构可具有比浮力中心402低的重心400。重心和浮力中心可以出现在月池38中。

浮力结构10可包括外壳板侧16、内壳板侧18、平坦龙骨20、推进器44a和44b、直升机停机坪57、压载箱58a和58b、起伏控制平台92、月池的壁部94、竖直轴线14、下部龙骨截头圆锥形部分23、以及具有导航系统54的控制中心52。

导航系统54可与马达46和发电机48连通。用于动态定位的导航系统54可以是来自Raytheon的单元。

多达八个推进器或推进器可用于良好的动态定位。燃料箱50可连接到发电机。在各实施例中，燃料箱可与马达和发电机同时接合。

驾驶室可包括控制中心，其可以额外地不仅控制马达，还控制安全设备，控制压载系统，与例如互联网和卫星系统连通，并且进行航空连通。

在各实施例中，浮力结构可包括用于船员的住房53，其可包括厨房、舱房、沙龙、办公空间、医院、无线电收发室、机械修理店和实验室。

将由浮力结构钻探的油井56可以是石油井或天然气井。

在各实施例中，在浮力结构中可以使用10个压载箱至40个压载箱，每一个压载箱也都可以由控制中心52控制。

在各实施例中，浮力结构可包括卫生系统、消防控制设备以及紧急疏散设备，例如救生船。

浮力结构还可容纳照明弹、起重机、散装连接工位、防喷器和海底取油管系统以及远程操作车辆工位。

在各实施例中，井架可以是单起重机或双起重机井架，具有相连的顶部驱动器和起伏补偿器，以及管件修理和逃生设备。

在各实施例中，船体可容纳30,000公吨的可变甲板载荷，以适应具有40,000英尺油井深度并处于12,000英尺的水中的钻探操作。

图8为浮力结构的内壳板侧18和外壳板侧16之间的不透水隔室60a-60d的俯视图。

在一个实施例中，船体从龙骨至主甲板的整体高度可为52米。到钻井平台的顶部的高度可为60米。到直升机停机坪的顶部的高度可为64米。到井架的顶部的高度可为130米。

图9为安装到壁部94的起伏控制平台92之一的详细视图。该起伏控制平台可具有多个穿孔98a-98f。

上述穿孔的直径可以在50厘米至60厘米的范围内。上述穿孔可以随机地定位在起伏控制平台上。穿孔可允许水流过，并降低月池中的最大集聚水压。

图10示出了浮力结构10的实施例，其支撑在由多个具有隔板的存储部302a-302d形成的具有腔室的浮力存储环形体300上。

在一个实施例中，具有腔室的浮力存储环形体300能够定位并锁定在浮力结构下方，以允许利用浮力结构进行钻探，同时具有腔室的浮力存储环形体通过该浮力结构的月池并且通过该具有腔室的存储环形体的中心开口303，以便建立起用于操作的安全环境。

具有腔室的浮力存储环形体300可具有多个具有隔板的存储部302a-302d，每一个存储部具有位于腔室304之上的顶蓬306，该腔室304用于存储以下至少一种：流体、固体和气体，例如包括石油的碳氢化合物。具有隔板的存储部可以相互连接并且具有双壁。

图11为具有腔室的浮力存储环形体的俯视图。

具有腔室的浮力存储环形体300可提供用于浮力结构的半永久性海底卸货平台。

在各实施例中，具有腔室的浮力存储环形体可提供与平坦龙骨齐平的接合或者利用外部刺突和内部刺突的接合，以便能够进行以下至少一种操作：通过月池和中心开口同时进行水下操作和存储操作。

当具有腔室的浮力存储环形体和浮力结构连接时，可形成用于水下或存储操作的环境安全条件。

每一个具有隔板的存储部302a-302d可具有入口端口308a-308d和出口端口309a-309d，以便使流体、固体和气体中的至少一种流入或流出腔室。

每一个具有隔板的存储部302a-302d在一侧上可具有容器311a-311d，在另一侧具有互锁指状物312a-312d，该互锁指状物用于接合相邻的具有隔板的存储部的容器，以允许具有隔板的存储部互锁在一起。

图12A示出了具有隔板的存储部302a的实施例，其具有两个外部刺突310a和310b。上述外部刺突可以在一侧上平行地升起，直至具有隔板的存储部的外周边。

图12B示出了具有隔板的存储部302b的实施例，其具有内部刺突313。

图12C示出了具有隔板的存储部302c的实施例，其具有两个外部刺突310a和310b和一个内部刺突313。

具有腔室的浮力存储环形体302c还可具有连续的防冲刷稳定器320。在各实施例中，连续防冲刷稳定器可以在外壁上连接到具有腔室的浮力存储环形体的每一个互锁节段。

当浮力结构安装到具有腔室的浮力存储环形体时，连续防冲刷稳定器可以沿着远离竖直轴线的方向延伸。在各实施例中，连续防冲刷稳定器可以延伸具有隔板的存储部的竖直高度的40％至95％。在各实施例中，连续防冲刷稳定器可从具有隔板的存储部的外壁相对于该外壁以30度至70度的角度延伸。

外部刺突可以由钢形成，并且从顶蓬伸出1英尺至15英尺。每一个外部刺突可具有横跨顶蓬的1英尺至15英尺的宽度。在各实施例中，外部刺突可以是正方形的或矩形的。内部刺突可与外部刺突相同。

以下描述使用浮力结构的方法中可用的步骤序列。

浮力结构可以在三个阶段中使用，阶段1：装载，阶段2：运输，和阶段3：操作。

以下描述了阶段1的步骤序列：装载。

该方法可包括：利用海水调节浮力结构的船体、钻探设备以及压载箱，以便在该实施例中提供4米至15米的最小吃水深度，以适应在离岸钻探区域中对船用设备和钻探设备进行准备时的调用。

这使得浮力结构需在浅水港口中做好准备，而浅水港口不能用于需要较大吃水深度的半潜式钻井平台或钻探船只。在该步骤中，钟形月池包括最少量的水，以便能够物理地检查船体，并且在离岸使用之前装配设备。

该方法可包括：当浮力结构无压载且处于港口中时，将全部活动所需的钻探设备加载到浮力结构上。钻探设备可包括钻管、海底取油管、套管和单/双防喷器。

以下描述阶段2的步骤序列：运输。

该方法可包括：识别目的地的钻探位置，启动推进器，以及在无压载/运输条件下离开港口。

该方法可包括：到达识别的钻探位置，与动态定位系统接合，以便将浮力结构保持在水下钻探位置上。

该方法可包括：在动态定位系统运转时，将浮力结构压载到钻探位置处的操作吃水深度，以确保下部圆柱形部分、下部截头圆锥形部分以及一部分上部截头圆锥形部分处于水下，并且压载箱完全地或至少部分地充满，以降低重心，并且有助于将浮力结构随时保持在积极稳定的曲线。

如果在一个实施例中使用隧道，那么在浮力结构处于运输状态时或者当浮力结构处于操作状态时隧道将显著降低水阻力，并且允许正向水流通过水平水圈，以有效地降低流体动力学阻力(拖曳力)以及由于捕集在船体内的水引起的排水量负面影响。

一旦处于钻探位置上，该结构就将启动海水压载在该结构中的分配，由此使该结构从运输吃水深度调节到操作吃水深度。

压载单元将降低重心，并且有助于随时保持正向稳定性。

推进器的功率分配和控制与现有技术中该结构的计算机化的动态工位保持结构相关联，并且定位在月池顶部和上方以及定位在甲板上的钻探设备将居中地位于所选的水下钻探位置上。

钻探设备的性能和可操作性属性的最高安全性在于能够允许浮力结构、其月池和在任何操作区域对环境的影响具有偏移容差。

浮力结构的作业范围由风速、水流、流体动力学环境决定，与推进器使用和动态容许度相关。这些结果与水下船体结构的操作排水量参数相关。

以下描述阶段3的步骤序列：操作。操作包括被压载的浮力结构在水下钻探位置时的操作。

该方法可包括：将浮力结构的计算机化的动态工位保持与动力管理相接合，并且在浮力结构居中地位于水下钻探位置上时利用船上处理器和存储于控制中心的数据来启动月池中及顶部以及甲板上的钻探设备的操作，其中船上的数据存储具有计算机指令，以便在操作钻探设备时管理该结构，与浮力结构的预设操作排水量参数相比，上述结构的作业范围包括利用感测的风速、感测的水流和实际动态定位推进器使用。

在浮力结构处于操作状态时，可以执行以下的步骤。在操作状态时，浮力结构已被压载，且已经接合排水量减小装置。

该方法可包括：将排水量减小装置充分地置于水面以下，以使得在月池中捕集的水与外部流体动力学环境连通，从而增强操作钻探设备时的稳定性。

该方法可包括：利用隧道改善月池水的整体排水量，从而增强浮力结构的稳定性和作业范围。

该方法可包括：将起伏控制平台附接到月池的壁，以分散月池内的水柱。该操作将减少浮力结构的起伏，并且还允许触及月池周边内的走道和安全台阶。

虽然已经重点针对实施例描述了这些实施例，但是应当理解，在所附权利要求的范围内，这些实施例可以以除了本文特别描述的方式之外的方式实施。

Claims (27)

1.一种用于石油钻探、生产、存储和卸载中的至少一种的浮力结构，其中该浮力结构包括：

a.船体，该船体限定了竖直轴线，由此船体具有与内壳板侧连接的外壳板侧，外壳板侧的特征在于，外壳板侧在所有高度处的水平横截面的形状选自：圆形、椭圆形和测地线形；该船体具有上部船体直径，内壳板侧的特征在于其形状选自：圆形、椭圆形和测地线形；

b.平坦龙骨，该平坦龙骨限定下部船体直径；

c.下部圆柱形部分，该下部圆柱形部分连接到平坦龙骨，其中下部圆柱形部分的直径与下部船体的直径相同，下部船体的直径为船体的最大直径，并且其中进一步地，下部圆柱形部分的直径为上部船体直径的105％至130％；

d.下部截头圆锥形部分，该下部截头圆锥形部分设置在下部圆柱形部分上方，形成有相对于竖直轴线以第一角度向内倾斜的壁，该第一角度在50度至70度的范围内；

e.上部截头圆锥形部分，该上部截头圆锥形部分直接连接到下部截头圆锥形部分，该上部截头圆锥形部分具有相对于竖直轴线以第二角度向外倾斜的壁，该第二角度在3度至45度的范围内，并且其中具有向内倾斜的壁的下部截头圆锥形部分邻接向外倾斜的壁，以形成具有船体颈部直径的船体颈部；

f.主甲板，该主甲板连接在上部截头圆锥形部分上；

g.由内壳板侧形成的月池，该月池的特征在于其形状选自：圆形、椭圆形和测地线形，在主甲板附近具有第一月池直径，该第一月池直径在平坦龙骨附近增大到第二月池直径，其中第二月池直径小于上部船体直径；以及

h.与船体的控制中心连通的至少一个压载箱，所述至少一个压载箱用于使船体压载和卸压载；并且

其中浮力结构限定了处于月池的浮力中心下方的重心。

2.根据权利要求1所述的浮力结构，其还包括附接到平坦龙骨的推进器，该推进器通过连接到发电机的马达运转，马达和发电机连接到燃料箱，推进器、马达和发电机与安装在主甲板之上的控制中心中的导航系统连通，该控制中心利用导航系统将压载的浮力结构动态地定位在油井上以进行钻探，或者用于在该浮力结构卸压载后进行运输时推进所述浮力结构。

3.根据权利要求1所述的浮力结构，包括位于外壳板侧和内壳板侧之间的多个不透水隔室。

4.根据权利要求1所述的浮力结构，包括连接在主甲板和上部截头圆锥形部分之间的上部圆柱形部分。

5.根据权利要求1所述的浮力结构，包括延伸通过下部圆柱形部分直至月池的第一隧道，其中该第一隧道具有第一隧道第一侧壁、第一隧道第二侧壁和连接第一隧道侧壁的第一隧道顶部。

6.根据权利要求5所述的浮力结构，包括连接在第一隧道侧壁之间的第一隧道底部。

7.根据权利要求5所述的浮力结构，包括延伸通过下部圆柱形部分直至月池中的第二隧道，该第二隧道包括与第二隧道顶部连接的一对第二隧道侧壁。

8.根据权利要求7所述的浮力结构，包括位于第二隧道中的连接在第二隧道侧壁之间的第二隧道底部。

9.根据权利要求1所述的浮力结构，其中月池围绕竖直轴线居中地形成。

10.根据权利要求1所述的浮力结构，其中椭圆形月池具有小半径和主半径，该小半径为主甲板直径的10％至30％，主半径为主甲板直径的25％至50％。

11.根据权利要求1所述的浮力结构，包括用于月池的恒定直径部分，该恒定直径部分从平坦龙骨延伸直至16米，并且形成在延伸到平坦龙骨的下部圆柱形部分中。

12.根据权利要求1所述的浮力结构，包括形成在月池的壁部中的多个起伏控制平台。

13.根据权利要求1所述的浮力结构，包括沿着远离竖直轴线的方向从下部圆柱形部分伸出的下部龙骨截头圆锥形部分。

14.根据权利要求12所述的浮力结构，包括位于多个起伏控制平台中的每一个起伏控制平台中的多个穿孔。

15.根据权利要求1所述的浮力结构，包括形成在上部截头圆锥形部分或下部截头圆锥形部分中的第一排水量减小装置。

16.根据权利要求15所述的浮力结构，包括形成在上部截头圆锥形部分或下部截头圆锥形部分中的与第一排水量减小装置相对的第二排水量减小装置。

17.根据权利要求1所述的浮力结构，包括在船体中形成的位于主甲板和下部截头圆锥形部分之间的多个下部甲板。

18.根据权利要求1所述的浮力结构，包括：具有腔室的浮力存储环形体，其具有安装到浮力结构的船体的开口，该具有腔室的浮力存储环形体提供用于浮力船舶的半永久性水下卸货平台，其中具有腔室的浮力存储环形体与平坦龙骨接合，以便能够进行以下至少一个操作：通过月池和开口同时进行水下操作和存储操作，以便形成用于水下操作、存储操作或者水下操作和存储操作两者的对环境安全的条件。

19.根据权利要求18所述的浮力结构，其中具有腔室的浮力存储环形体包括多个具有隔板的存储部，其中每一个具有隔板的存储部包括：

a.腔室，该腔室用于存储流体、固体、气体或它们的组合；

b.腔室上的顶蓬；

c.入口端口和出口端口，以用于流体、固体、气体或它们的组合流入或流出腔室；

d.位于每一个具有隔板的存储部上的容器；以及

e.位于每一个具有隔板的存储部上的互锁指状物，该互锁指状物用于与相邻的具有隔板的存储部上的容器接合，以使得具有隔板的存储部互锁在一起。

20.根据权利要求19所述的浮力结构，其中每一个具有隔板的存储部包括外部刺突、内部刺突或者外部刺突和内部刺突两者。

21.根据权利要求18所述的浮力结构，其中具有腔室的浮力存储环形体的容量为4597立方米至305614立方米。

22.根据权利要求18所述的浮力结构，其中具有腔室的浮力存储环形体包括三至四个具有隔板的存储部，这些存储部互锁为七巧板部件。

23.根据权利要求19所述的浮力结构，其中每一个具有隔板的存储部被压载而在水下漂浮。

24.根据权利要求5所述的浮力结构，包括水力运输转向器隔板，其形成在第一隧道的至少一个第一隧道侧壁之间，并延伸到与平坦龙骨附接的月池中。

25.根据权利要求18所述的浮力结构，包括连接在具有腔室的浮力存储环形体周围的连续防冲刷稳定器。

26.根据权利要求1所述的浮力结构，包括井架、直升机停机坪、住房或它们的组合。

27.根据权利要求24所述的浮力结构，包括形成在水力运输转向器隔板中的至少一个压载箱隔室。