CN108884650B - 用于在海洋的海床中安装单柱平台的定位设备和装置、以及安装和拆卸单柱平台的方法 - Google Patents

用于在海洋的海床中安装单柱平台的定位设备和装置、以及安装和拆卸单柱平台的方法 Download PDF

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Abstract

用于在海洋的海床(5)中安装单柱平台(3)的定位设备(30)和装置(30)。该设备布置在第一浮动结构(10)处，且该平台在第一浮动结构和第二浮动结构(12)之间延伸，使得该平台的第一端部(20)由第一浮动结构保持，该平台(3)的第二端部(22)由第二浮动结构(12)保持。该设备包括用于保持该平台的第一端部(20)的附接装置(32)，以及用于使该平台的第一端部枢转的第一枢轴(50)，使得在该平台的第二端部已经从第二浮动结构释放之后，该第一端部朝向海洋的表面重新定向。

Description

用于在海洋的海床中安装单柱平台的定位设备和装置、以及 安装和拆卸单柱平台的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在海洋的海床中安装单柱平台的定位设备和装置。单柱平台可用于能量开采，例如石油和天然气开采、风力发电等。本发明还涉及一种用于将单柱平台安装到海洋的海床中或从海洋的海床拆除单柱平台的方法，该方法包括往返于安装位置的运输。
背景技术
现有技术近海平台通常包括牢固地锚固在海床中的最少三条支腿的结构。这些平台提供用于承受风、水流、波浪等恶劣的海洋环境的稳定结构，例如北海的环境。在提供刚性结构的同时，现有技术平台制造成本昂贵。在能源开采方面，例如石油和天然气开采，平台通常在设立和开采期间都保持在能源开采的位置，例如在油气田的位置。因此，使用现有技术平台的开采只能在存储能量足够大的矿田获得经济激励，例如足够大的油气田。近海平台也可以用于近海风力发电厂的基础。
为了降低传统近海平台的成本，可使用简化的近海平台，其包括单条支腿，即所谓的单柱平台。虽然提供了成本有效的设计，但安装成本很高，因为安装需要具有大尺寸起重机的特殊布置的船舶，以使单柱平台能够从船舶上被提升，并定向在海洋的海床中。特别是，对于布置在40米或更深的水深上的单柱平台，安装过程要求高且成本高。同样，单柱平台的拆除过程要求高且成本高。
发明内容
本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或者至少提供现有技术的有用替代方案。具体地，本发明的第一个目的是提供一种用于在海洋的海床中安装和拆除单柱平台的设备，该设备不需要包括大尺寸起重机的特殊布置的船舶。本发明的第二个目的是提供一种用于安装和拆除单柱平台的设备，该设备降低了成本和相关人员数量。本发明还涉及用于实现相同目的的装置和方法。
这些目的通过用于在海洋的海床中安装单柱平台的定位设备来实现。该设备的特征在于，该设备适于布置在第一浮动结构处，并且所述单柱平台适于布置成在第一浮动结构和第二浮动结构之间延伸，使得单柱平台的第一端部由第一浮动结构保持，并且单柱平台的第二端部由第二浮动结构保持，其中该设备包括用于将单柱平台的第一端部保持在定位设备处的附接装置，以及第一枢轴，第一枢轴适于使单柱平台的第一端部在由附接装置保持在定位设备处时能够可受控制地枢转，使得在单柱平台的第二端部已经从第二浮动结构释放之后，单柱平台的第一端部从第一浮动结构和第二浮动结构之间的位置朝向海洋的表面重新定向。
第一枢轴适于在单柱平台的第二端部已经从第二浮动结构释放之后，使单柱平台能够相对于海洋的表面从水平方向重新定向到竖直方向。
附接装置提供单柱平台的第一端部的附接，因而确保当单柱平台相对于海洋的表面从水平方向重新定向到竖直方向时，单柱平台的第一端部保持在设备处，并且在水的表面上方。
水平方向涉及如此的方向，即，在该方向上单柱平台适于被运输到安装位置或安装位置附近的位置。水平方向涉及如此的方向，即，在该方向上单柱平台适于被安装在海洋的海床中。单柱平台优选地布置有浮力装置，该浮力装置用于使单柱平台沿竖直方向保持在海床上方。当单柱平台已经布置在相对于海床的其精确位置时，减小浮力装置的浮力，使得单柱平台的第二端部降低到与海床接合。
该设备具有如下优点：不需要具有大尺寸起重机的特殊布置的船舶，也能够安装单柱平台，大尺寸起重机用于将单柱平台从水平方向到竖直方向提升并重新定向到海中。本发明的设备能够降低单柱平台的安装成本。因此，与现有技术的传统近海平台相比，单柱平台的总成本降低。
根据本发明的实施例，第一枢轴包括第一旋转轴线，该第一旋转轴线远离第一浮动结构的吃水线延伸。优选地，第一旋转轴线竖直于第一浮动结构的吃水线布置。此外，优选地，第一浮动结构是船舶，并且该设备布置在船舶的船尾，其中吃水线沿着船舶的长度延伸。根据本发明的实施例，第一旋转轴线涉及与第一浮动结构有关的俯仰旋转轴线。
根据本发明的实施例，定位设备还包括第二枢轴，第二枢轴包括与第一浮动结构有关的第二旋转轴线。第二旋转轴线远离第一浮动结构的水平面延伸。第二旋转轴线优选垂直于第一浮动结构的水平面。第一浮动结构的水平面是当第一浮动结构相对于海洋的表面静止时平行于海洋的表面延伸的平面。第二枢轴适于在安装的初始阶段期间，在单柱平台的第二端部已从第二浮动结构释放之前，使设备能够调整以适应第一浮动结构和第二浮动结构的相对运动。根据本发明的实施例，第二旋转轴线涉及与第一浮动结构有关的偏转旋转轴线。
根据本发明的实施例，定位设备进一步包括第三枢轴，第三枢轴包括与第一浮动结构有关的第三旋转轴线。第三旋转轴线远离第一浮动结构的水平面延伸，其中第三枢轴布置成邻近第一枢轴，并且第二枢轴和第三枢轴布置成彼此间隔开。第三旋转轴线优选竖直于第一浮动结构的水平面。根据本发明的实施例，第三旋转轴线涉及与第一浮动结构有关的滚动旋转轴线。
借助于第三枢轴，定位设备适于在单柱平台已经从第二浮动结构释放时调整以适应单柱平台的运动。当单柱平台已经在相对于海洋的表面的直立方向或竖直方向上定向时，这尤其重要。优选地，第二枢轴布置成邻近第一浮动结构的甲板，并且第三枢轴布置成在第二枢轴附近进一步高出第二枢轴。此外，第二旋转轴线和第三旋转轴线优选为平行或基本平行。根据本发明的实施例，第二枢轴适于附接在第一浮动结构的甲板中。
根据本发明的实施例，定位设备包括臂，该臂连接到第二枢轴且包括第一枢轴和第三枢轴，其中臂布置成远离第一浮动结构的边缘延伸。优选地，第一枢轴和第三枢轴布置在臂的端部处。
根据本发明的一个实施例，附接装置包括至少一个接合构件，该接合构件适于在接合状态和脱离状态之间移动，在接合状态下，接合构件与单柱平台的包络面接合，在脱离状态下，单柱平台从位于第一浮动结构处的定位设备释放。
根据本发明的实施例，附接装置包括托架构件，该托架构件适于将单柱平台保持为能够相对于单柱平台的延伸轴线旋转且轴向移位。该托架构件适于在安装的初始阶段期间，在单柱平台的第二端部已从第二浮动结构释放之前，使设备能够调整以适应第一浮动结构和第二浮动结构的相对运动。第一浮动结构和第二浮动结构的相对运动例如是由它们承受的波浪和风引起的运动。
根据本发明的实施例，该托架构件包括至少部分对应于单柱平台的包络面的曲率。借助于曲率，帮助单柱平台在托架构件上旋转。
上述目的借助于根据权利要求8的装置进一步实现。该装置的特征在于，该装置包括：
-用于将单柱平台运输到安装位置或安装位置附近的第一浮动结构和第二浮动结构，其中第一浮动结构适于将单柱平台的第一端部保持在海洋的表面的上方，并且第二浮动结构适于将单柱平台的第二端部保持在海洋的表面的上方，以及
-布置在第一浮动结构处的根据权利要求1-7中任一项所述的定位设备，其中定位设备的第一枢轴适于使单柱平台的第一端部在由附接装置保持在定位设备处时能够可受控制地枢转，使得在单柱平台的第二端部已经从第二浮动结构释放之后，单柱平台的第一端部朝向海洋的表面重新定向。
该装置使得能够成本有效地运输单柱平台以及将单柱平台安装在海洋海床中。具体地，该装置使得单柱平台能够在没有特殊布置的船舶的情况下安装，该特殊布置的船舶具有大尺寸的起重机，起重机用于提升单柱平台，以及将单柱平台从水平方向到竖直方向重新定向到海中。
根据本发明的实施例，第一浮动结构和第二浮动结构适于在保持单柱平台的同时布置成以间隔间隔开。借助于使用彼此分隔开的第一和第二浮动结构，大尺寸单柱平台可以使用相对适中尺寸的船舶来运输和安装，并且不需要用于安装的特殊大尺寸的起重机。
根据本发明的实施例，第一浮动结构和第二浮动结构通过第一线索装置连接。
根据本发明的实施例，第一线索装置布置成在第一浮动结构和第二浮动结构之间延伸。
根据本发明的实施例，当运输单柱平台时，第一浮动结构和第二浮动结构以间距间隔开。优选地，第一线索装置包括一根或多根牵引线索。借助于连接由间距分隔开的第一和第二浮动结构，提供了单柱平台的简化且成本有效的传输。
根据本发明的实施例，该装置包括连接在第一浮动结构和单柱平台的第二端部之间的第二线索装置。第二线索装置适于帮助控制单柱平台在设备上相对于海洋的表面从水平方向或基本上的水平方向旋转到直立方向，优选为竖直方向。
根据本发明的实施例，第一浮动结构是包括推进装置的船舶。优选地，第一浮动结构构造成将第二浮动结构牵引到安装位置。
根据本发明的实施例，第一浮动结构是具有推进装置的船舶。通过使用第一浮动结构用于牵引第二浮动结构，第二浮动结构可以简单地布置，例如驳船和类似的设计。
根据本发明的实施例，第一浮动结构和第二浮动结构是没有推进装置的浮动结构。因而，诸如拖船的简单船舶可用于牵引第一浮动结构和第二浮动结构。因而，第一浮动结构和第二浮动结构可以简单地布置，例如驳船和类似的设计。根据本发明的实施例，该装置和单柱平台中的至少一个包括可调节的浮力元件，该浮力元件适于向单柱平台提供浮力，并且其中该装置包括用于调节浮力元件的浮力的装置。
优选地，浮力元件呈现为单柱平台中的一个或多个腔室的形式，该腔室适于可受控制地使用水和空气调节到提供相对于海洋的水的正、中性和负浮力的程度。替代地，单柱平台可以设置有浮力元件，其仅在安装过程中存在。
根据本发明的实施例，单柱平台包括至少一个用于锚固单柱平台的第二端部的吸力锚，该吸力锚包括活动状态和非活动状态，并且其中该装置包括用于向吸力锚提供吸力的装置，当吸力锚处于活动状态时，适于被施加吸力。
至少一个吸力锚适于在单柱平台的第二端部已经与海洋的海床接触之后提供单柱平台的锚固。吸力锚适于产生相对于环境压力的负压(under negative pressure)，该负压将吸力锚和单柱平台的第二端部牢固地固定到海床。用于提供吸力的装置可以例如借助于远程操作的水下机器人(ROV)来提供。ROV还能够连接和断开用于提供吸力的装置。
根据本发明的实施例，该装置包括位于第二浮动结构处的移位装置，该移位装置适于使单柱平台的第二端部能够以远离第二浮动结构的方式在移位装置上移位。通过以远离第一浮动结构的方式拉动第二浮动结构，因而使单柱平台的第二端部在该移位装置上移位直到从第二浮动结构释放，该移位装置适于使单柱平台能够从第二浮动结构释放。
根据本发明的实施例，移位装置包括至少部分沿着第二浮动结构的长度延伸的细长框架。该框架使单柱平台的第二端部能够移位。优选地，该框架设置有帮助单柱平台的第二端部移位的装置，例如滚子、滚珠等。
根据本发明的实施例，该框架包括突出部分，该突出部分布置成以远离第二浮动结构的边缘的方式延伸。该框架的突出部分适于确保单柱平台的第二端部在不与第二浮动结构发生相互作用的情况下被释放。
本发明的目的进一步通过根据权利要求16的用于将单柱平台安装在海洋的海床中的方法来实现。该方法包括：
-将单柱平台运输到安装位置或安装位置附近的位置，
-将附接装置设置为接合状态，使得第一端部固定到位于所述第一浮动结构处的定位设备，
-将单柱平台的第二端部从第二浮动结构释放，
-旋转定位设备的第一枢轴，使得单柱平台的第一端部朝向海洋的表面重新定向，以及
-将附接装置设置为脱离状态，使得第一端部从定位设备释放。
单柱平台例如从港口运输到安装位置或安装位置附近的位置，在该位置处开始安装程序。该安装包括将附接装置设置为接合状态。附接装置在运输期间也可以处于接合状态。在将单柱平台相对于海洋的表面从水平方向重新定向到直立方向，优选竖直方向的期间，附接装置适于将单柱平台的第一端部保持在定位设备处。
单柱平台的重新定向包括将单柱平台的第二端部从第二浮动结构释放，以及使单柱平台的第一端部在第一枢轴上旋转，直到单柱平台相对于海洋的表面在直立方向上布置。该方法此后包括将附接装置设置为脱离状态的步骤。因而，单柱平台的第一端部从定位设备释放。
根据本发明的实施例，单柱平台的第二端部从第二浮动结构的释放包括以下步骤：
-拆除第一浮动结构和第二浮动结构之间的第一线索装置，和
-以远离第一浮动结构的方式移动第二浮动结构，使得单柱平台的第二端部从第二浮动结构释放。
该方法包括在将单柱平台的第二端部从第二浮动结构释放之前拆除第一线索装置。此后，第二浮动结构以远离第一浮动结构的方式移位。因而，单柱平台的第二端部被拉离第二浮动结构的边缘，并从第二浮动结构释放。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括
-将单柱平台设置为相对于海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力，以及
-旋转定位设备的第一枢轴，使得单柱平台的第一端部朝向海洋的表面重新定向，同时维持单柱平台结构的中性浮力或接近中性的浮力。
通过将单柱平台设置为相对于海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力，单柱平台可以在小阻力的情况下从水平方向重新定向到竖直方向。
根据本发明的实施例，当将单柱平台相对于海洋的表面从水平位置旋转到竖直位置时，单柱平台设置为相对于海洋的水的中性浮力或略微负的浮力。
根据本发明的实施方案，当将单柱平台相对于海洋的表面从水平方向旋转到直立方向时，单柱平台设置为负浮力，该负浮力相当于单柱平台重量的0-10％，优选地，负浮力相当于单柱平台重量的2-5％。
根据本发明的实施例，该方法包括：
-当单柱平台的所第一端部在定位设备的第一枢轴上旋转时，借助于第二线索装置控制单柱平台的第二端部的移位。
第二线索装置在第一浮动结构和单柱平台的第二端部之间提供连接。通过在重新定向单柱平台期间控制第二线索装置的应力来帮助控制单柱平台的重新定向。
根据本发明的实施例，该方法包括在单柱平台已经布置在相对于海洋的表面的直立位置上之后，将第二线索装置从单柱平台的第二端部拆除。直立位置优选是相对于海洋的表面的竖直方向。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括
-在单柱平台已经布置在相对于海洋的表面的直立位置上之后，降低单柱平台的浮力。直立位置优选是相对于海洋的表面的竖直方向。
当单柱平台已经在直立方向或竖直方向上定向时，进一步降低单柱平台的浮力，使得单柱平台朝向海床下沉。
根据本发明的实施例，在单柱平台已经布置在相对于海洋海床的直立位置上之后，单柱平台设置为负浮力，该负浮力相当于单柱平台重量的5-30％，更优选地，负浮力相当于单柱平台重量的11-15％。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括
-将平台的第二端部锚固在海床中。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括
-连接用于向至少一个吸力锚提供吸力的装置，
-将至少一个吸力锚设置为活动状态，和
-向一个或多个吸力锚提供吸力。
通过将吸力锚设置为活动状态，吸附中腔室的压力适于由用于提供吸力的装置来调节。用于提供吸力的装置适于产生相对于环境压力的负压。因而，吸力锚形成了单柱平台到海洋海床的附接。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括
-将至少一个吸力锚设置为非活动状态，
-中断给至少一个吸力锚的吸力，和
-断开用于向至少一个吸力锚提供吸力的装置。
在吸力锚已经形成海床中的附接之后，吸力锚设置为非活动状态。因而，吸附中腔室被中断调节。此后，用于提供吸力的装置从吸力锚移除。
本发明的目的进一步通过根据权利要求23的用于拆除单柱平台的方法来实现。该方法包括：
-将定位设备的附接装置设置为脱离状态，
-通过定位设备的附接装置接收单柱平台的第一端部，
-将定位设备的附接装置设置为接合状态，使得第一端部保持在定位设备处，和
-旋转定位设备的第一枢轴，使得单柱平台的第一端部以远离海洋的表面的方式重新定向，以及
-将单柱平台从安装位置运走。
当附接装置处于脱离状态时，单柱平台的第一端部由附接装置接收。此后，将附接装置改变到接合状态，使得单柱平台的第一端部保持在定位设备上。第一端部以远离海洋的表面的方式旋转，即朝向第一浮动结构旋转。因此，单柱平台朝向更加水平的方向重新定向，这使得单柱平台能够从安装位置被运走。
根据本发明的实施例，该方法包括：
-释放单柱平台的第二端部与海洋海床的锚固。
根据本发明的实施例，该方法包括：
-将至少一个吸力锚设置为活动状态，和
-释放来自至少一个吸力锚的吸力。
通过释放由吸力锚提供的锚固来释放单柱平台的锚固，其包括将吸力锚设置为活动状态，并且释放吸力锚的腔室中的压力。因而，腔室中的压力变为环境压力，并且单柱平台与海床的锚固被释放。
根据本发明的实施例，该方法包括：
-在释放单柱平台的锚固后，增加单柱平台的浮力。
优选地，单柱平台设置为中性浮力或接近中性的浮力。单柱平台的浮力增加，这使单柱平台能够在小阻力的情况下以远离海床的方式被提升，从而使得在单柱平台的第二端部与海床之间形成间距。此后，第一端部借助于附接装置附接到定位设备。
附图说明
下面描述在附图中阐明的优选实施例的示例，其中：
图1公开了根据本发明的实施例的用于在海洋的海床中安装单柱平台的装置；
图2a-b公开了图1中的装置的定位设备的示例；
图2a公开了将单柱平台保持在第一浮动结构和第二浮动结构之间的定位设备；
图2b公开了没有单柱平台的图1中的定位设备；
图3a-c公开了用于通过根据本发明实施例的装置安装单柱平台的方法的不同步骤；
图3a公开了安装的初始阶段，其中单柱平台处于水平方向；
图3b公开了安装的旋转阶段，其中单柱平台处于从水平方向到竖直方向的旋转状态下。
图3c公开了安装的连接阶段，其中单柱平台在竖直方向上定向；
图4a公开了根据本发明的第一实施例的用于在海洋的海床中安装单柱平台的方法的流程图；
图4b公开了根据本发明的第二实施例的用于在海洋的海床中安装单柱平台的方法的流程图；和
图5a公开了根据本发明的第三实施例的用于将单柱平台从海洋的海床拆除的流程图；和
图5b公开了根据本发明的第四实施例的用于将单柱平台从海洋的海床拆除的流程图。
具体实施方式
在图1和图3a-c中公开了根据本发明的实施例的用于将单柱平台3安装在海洋的海床5中的装置1。在图1中，单柱平台3被运输到安装位置，在图3c中，单柱平台3已经与海床5接触。
装置1包括第一浮动结构10和第二浮动结构12，它们用于将单柱平台3运输到安装位置或安装位置附近。第一浮动结构10适于将单柱平台3的第一端部20保持在海洋的表面24的上方。第二浮动结构12适于将单柱平台3的第二端部22保持在海洋的表面24的上方。
装置1包括第一线索装置26，其用于连接第一浮动结构10和第二浮动结构12。第一线索装置26例如是一根或多根牵引线索。第一线索装置26连接第一浮动结构10和第二浮动结构12，使得第一浮动结构10和第二浮动结构12以间距28彼此分隔开。因而，与采用单个浮动结构相比，减小了第一浮动结构10和第二浮动结构12的必要尺寸。
第一浮动结构10例如是包括推进装置的船舶，比如船，第二浮动结构12例如是驳船，其缺乏用于自身移位的必要推进装置。因此，装置1优选如此构造，使得第一浮动结构10将第二浮动结构12牵引到安装位置，同时将单柱平台3保持在第一浮动结构10和第二浮动结构12之间。
装置1还包括定位设备30，其适于布置在第一浮动结构10处，参见图1。定位设备30的示例在图2a和2b中进一步详细地公开。
定位设备30包括用于将单柱平台3的第一端部20保持在定位设备30处的附接装置32。附接装置32适于在接合状态和脱离状态之间切换。当附接装置32处于接合状态时，单柱平台3的第一端部20适于保持在定位设备30处。当附接装置32处于脱离状态时，单柱平台3的第一端部20适于免除接合。
附接装置32包括接合构件35，接合构件35适于在接合状态和脱离状态之间移动，其中在接合状态下，接合构件35与单柱平台3的包络面接合；在脱离状态下，单柱平台3以远离第一浮动结构10处的定位设备30的方式自由地移位。
在所公开的实施例中，接合构件35包括两对可调节的附接臂，附接臂可移动，使得当附接装置32进入接合状态时，附接臂环绕单柱平台3的第一端部20，并且因而将单柱平台3的第一端部20保持在定位设备30处，参见图2a。反之亦然，当附接装置32进入脱离状态时，附接臂使得单柱平台3的第一端部20能够在没有相互作用的情况下以远离定位设备30的方式移位，参见图2b。附接装置32还包括第一驱动单元37，例如一个或多个电动、液压、气动感应缸，第一驱动单元37用于在对应于接合状态和脱离状态的位置之间移动接合构件35。
当单柱平台3已经重新定向到直立或竖直方向时，附接装置32设置为脱离状态，这将在下面详细说明。还应当理解的是，在将单柱平台3运输到安装位置之前，例如在港口内，当将单柱平台3装载在第一浮动结构10和第二浮动结构12上时，附接装置32适于设置为脱离状态。
附接装置32进一步包括托架构件40，托架构件40适于将单柱平台3保持为能够相对于单柱平台3的纵向轴线L1旋转且轴向移位。托架构件40布置有曲度，该曲度至少部分对应于单柱平台3的包络面。在所公开的实施例中，单柱平台3的第一端部20具有有圆形包络面，并且托架构件40包括用于接收单柱平台3的第一端部20的相应圆形曲度。
附接装置32优选地构造成将单柱平台3的第一端部20保持为相对于单柱平台3的纵向轴线L1可旋转且可轴向移位。因而，在将单柱平台3运输到安装位置的期间，附接装置32适于调整以适应由波浪和风引起的运动。同样地，在安装期间，当单柱平台3已经在直立或竖直方向上定向时，附接装置32适于允许单柱平台3调整以适应由波浪和风引起的运动。
参考图2a，设备30进一步包括第一枢轴50，第一枢轴50适于使单柱平台3的第一端部20在由附接装置32保持在定位设备30处的同时能够可受控制地枢转。因而，还参见图3a-c，在单柱平台3的第二端部22已经从第二浮动结构12释放之后，单柱平台3的第一端部20适于朝向海洋的表面24重新定向。
第一枢轴50包括第一旋转轴线R1，第一旋转轴线R1远离第一浮动结构10的吃水线WL延伸。在所公开的实施例中，第一浮动结构10是船舶，定位设备30布置在船舶的船尾。吃水线WL沿着船舶的长度延伸。优选地，第一旋转轴线R1垂直于第一浮动结构10的吃水线WL指向。因此，定位设备30的第一枢轴50使得单柱平台3能够从水平方向重新定向到直立或竖直方向。
定位设备30进一步包括第二枢轴52，第二枢轴52包括第二旋转轴线R2，第二旋转轴线R2远离第一浮动结构10的水平面P1延伸，水平面P1适于平行于海洋的表面24。优选地，第二旋转轴线R2垂直于第一浮动结构10的水平面P1延伸。水平面P1适于平行于海洋的表面24。在所公开的实施例中，第二枢轴52布置在第一浮动结构10的甲板54附近。然而，应当理解，第二枢轴52可以布置成高出第一浮动结构10的甲板54。
定位设备30进一步包括第三枢轴53，第三枢轴53包括第三旋转轴线R3，第三旋转轴线R3远离第一浮动结构10的水平面P1延伸。在所公开的实施例中，定位设备30包括连接到第二枢轴52的臂55，使得臂55以远离第一浮动结构10的边缘的方式延伸。第三枢轴53邻近位于臂55的端部处的第一枢轴50布置。
第三旋转轴线R3优选垂直于第一浮动结构10的水平面P1。在所公开的实施例中，第二旋转轴线R2和第三旋转轴线R3彼此平行。
应当理解，定位设备30可布置成仅具有第二枢轴52和第三枢轴53中的一个。具体地，定位设备30可以如此构造，使得第一枢轴50和第三枢轴53布置在臂55的一个端部处，并且在第一浮动结构10的甲板54处没有第二枢轴52。
当单柱平台3已从第二浮动结构12释放并且单柱平台3在海洋的水中重新定向时，定位设备30借助于第三枢轴53适于调整以适应单柱平台3的运动。当单柱平台3已经在相对于海洋的表面24的直立方向或竖直方向上定向时，这尤其重要。
装置1进一步包括位于第二浮动结构12处的移位装置60。移位装置60适于使单柱平台3的第二端部22能够在移位装置60上以远离第二浮动结构12的方式移位，因而使单柱平台3的第二端部22从第二浮动结构12释放。
当单柱平台3的第一端部20保持在位于第一浮动结构10处的定位设备30的附接装置32上时，借助于以远离第一浮动结构10的方式拉动第二浮动结构12，单柱平台3的第二端部22适于从第二浮动结构12释放。
在所公开的实施例中，移位装置60包括沿着第二浮动结构12的长度延伸的细长框架62。框架62包括从第二浮动结构12的边缘突出的突出部分64。借助于突出部分64，单柱平台3的第二端部22适于在不与第二浮动结构12发生相互作用的情况下被释放。
参考图3a-c，现在将详细解释单柱平台3从水平方向到直立或竖直方向的重新定向。
在图3a中，单柱平台3在水平方向上布置在第一浮动结构10和第二浮动结构12之间。定位设备30的附接装置32处于接合状态，并且单柱平台3的第一端部20保持在位于第一浮动结构10处的定位设备30处。第一线索装置26在第一浮动结构10和第二浮动结构12之间的的连接已被释放。借助于第二浮动结构12以远离第一浮动结构10的方式移位，单柱平台3的第二端部22在细长框架62上移位。在所公开的实施例中，拖船66已附接到第二浮动结构12，并且以远离第一浮动结构10的方式拉动第二浮动结构12。在图3a中，单柱平台3的第二端部22已经在框架62上移位到如此程度，使得它位于框架62的突出部分64上，并且将要从第二浮动结构12释放。
在图3a中，第二线索装置70已连接在第一浮动结构10和单柱平台3的第二端部22之间。借助于调节第二线索装置70承受的应力，第二线索装置70适于帮助控制单柱平台3从水平方向到直立或竖直方向的旋转，因而当单柱平台3的第一端部20在定位设备30的第一枢轴50上旋转的同时，拉动单柱平台3的第二端部22。
装置1进一步包括可调节的浮力元件75，浮力元件75适于为单柱平台3提供浮力。在所公开的实施例中，浮力元件75呈现为单柱平台3中的一个或多个腔室77的形式，腔室77适于可受控制地填充水和空气，以便调节单柱平台3的浮力。装置1还包括用于调节浮力元件75的浮力的装置，例如适于使空气和水能够引入和排出的阀门，和用于将加压空气供给到浮力元件75中的装置等。
浮力元件75的浮力适于被调节，使得单柱平台3设置为相对于海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力。因而，单柱平台3相对于海洋的水平衡，并且单柱平台3可以在小阻力的情况下从水平方向旋转到直立或竖直方向。
在图3b中，单柱平台3处于从水平方向到竖直方向的旋转状态下。在第二端部22已经从第二浮动结构12释放之后，单柱平台3的第一端部20借助于定位设备30的第一枢轴50朝向海洋的表面24旋转。因此，单柱平台3的第二端部22逐渐旋转更深入到海洋中。
在浮力元件75已被如此调节使得单柱平台3具有相对于海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力之后，并且当借助于第二线索装置70拉动单柱平台3的第二端部22的同时，实施在第一枢轴50上的旋转。
在图3c中，单柱平台3已经旋转到相对于海洋的表面24的竖直方向。附接装置32处于接合状态，并且单柱平台3的第一端部20保持在位于第一浮动结构10处的定位设备30处。单柱平台3进一步被降低，使得单柱平台3的第二端部22与海床5接触。
根据本发明的实施例，浮力元件75已被用于调节浮力的装置调节，使得与单柱平台3旋转期间的浮力相比，单柱平台3的浮力降低。优选地，单柱平台3已被设置为相对于海洋的水略微负的浮力。
单柱平台3的第二端部22包括吸力锚80，吸力锚80包括活动状态和非活动状态。在所公开的实施例中，单柱平台3包括三个吸力锚80。装置1进一步包括用于在吸力锚80处于活动状态时向吸力锚提供吸力的装置。借助于将吸力锚80设置到活动状态，连接用于向吸力锚80提供吸力的装置，并且向吸力锚80提供吸力，吸力锚80适于被锚固在海床5中。当吸力锚80紧紧地锚固在海床5中时，吸力锚设置为非活动状态，中断给吸力锚80的吸力，并且断开用于向吸力锚80提供吸力的装置。将吸力锚80锚固在海床5中的操作可以优选地由远程操作的水下机器人(ROV)82提供。
在单柱平台3被锚固在海床5中之后，第二线索装置70从单柱平台3的第二端部22断开。断开第二线索装置70的操作也可以借助于ROV 82执行。
图4a公开了根据本发明的第一实施例的用于将单柱平台3安装在海床5中的方法的流程图。
该方法在步骤110中开始，步骤110包括将单柱平台3运输到安装位置或安装位置附近的位置。单柱平台3布置在第一浮动结构10和第二浮动结构12上，使得第一端部20由第一浮动结构10保持，并且第二端部22由第二浮动结构12保持。优选地，第一端部20布置在位于第一浮动结构10处的定位设备30上。
将单柱平台3运输到安装位置的步骤优选地通过以下方式实施：当单柱平台3被保持为在第一浮动结构10和第二浮动结构12之间延伸的同时，第一浮动结构10将第二浮动结构12牵引到安装位置。
在步骤120中，该方法包括将定位设备30的附接装置设置为接合状态。因而，确保单柱平台3的第一端部20保持在位于第一浮动结构10处的定位设备30处。
在步骤130中，该方法包括从第二浮动结构12释放单柱平台3的第二端部22。该步骤优选地包括拆除第一浮动结构10和第二浮动结构12之间的连接，例如第一线索装置26，并使第二浮动结构12以远离第一浮动结构10的方式移位。
优选地，单柱平台3的第二端部22布置成在位于第二浮动结构12上的移位装置60上移位，例如沿着第二浮动结构12的长度延伸的细长框架62。
在步骤140中，该方法包括将平台3从水平方向旋转到直立或竖直方向。该步骤包括借助于定位设备30的第一枢轴50旋转单柱平台3的第一端部20，使得平台3的第一端部20朝向海洋的表面24重新定向。
优选地，旋转平台3的步骤还涉及将浮力元件75的浮力设置为相对于海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力。优选地，该步骤包括通过用水和空气可控地填充浮力元件75来调节浮力元件75。优选地，浮力元件75呈现为单柱平台3中的一个或多个腔室77的形式。借助于将单柱平台3设置为相对于水的中性浮力或接近中性的浮力，在将单柱平台3从水平方向旋转到竖直方向时，阻力小。
优选地，旋转平台3的步骤还涉及借助于控制位于第一浮动结构10和单柱平台3的第二端部22之间的第二线索装置70承受的应力来控制单柱平台3的旋转。第二线索装置70帮助控制单柱平台3从水平方向到竖直方向的旋转。
在步骤150中，该方法包括将附接装置32设置为脱离状态，使得第一端部20从定位设备30释放。借助于将附接装置32设置为脱离状态，第一端部20以离开第一浮动结构10处的定位设备30的方式自由地移位。因此，第一浮动结构10可以以远离单柱平台3的方式移位。
优选地，步骤150还包括进一步拆除与第一浮动结构10的连接，例如第一浮动结构10和单柱平台3的第二端部22之间的第二线索装置70。
图4b公开了根据本发明的第二实施例的用于将单柱平台3安装在海洋的海床5中的方法的流程图。除了图4a中的第一实施例的步骤之外，第二实施例还包括以下步骤。
在步骤105中，该方法包括将单柱平台3安装在第一浮动结构10和第二浮动结构12上，使得第一端部20由第一浮动结构10保持，并且第二端部22由第二浮动结构12保持。优选地，第一端部20布置在位于第一浮动结构10处的定位设备30上。
在优选实施例中，安装单柱平台3的步骤包括首先将第二浮动结构12的第二端部22布置在港口处，然后使第二浮动结构12移位，以便使提升设备能够将第一端部20提升到第一浮动结构10上(on to)。
在步骤142中，该方法进一步包括，在单柱平台3已经布置在直立或竖直方向上之后，朝向海洋的海床5降低单柱平台3的第二端部22，并且与海洋的海床5接触。
在步骤144中，该方法进一步包括将单柱平台3的第二端部22锚固在海洋的海床5中。优选地，借助于一个或多个吸力锚80实施单柱平台3的锚固。借助于吸力锚80的锚固包括连接用于向吸力锚80提供吸力的装置，将吸力锚80设置为活动状态，以及向吸力锚80提供吸力。优选地，单柱平台3被多个吸力锚80锚固，例如围绕单柱平台3的第二端部22分布的三个吸力锚，参见图3c。
图5a公开了根据本发明的第三实施例的用于从海洋的海床5拆除单柱平台3的方法的流程图。
在步骤210中，该方法包括将定位设备30的附接装置32设置为脱离状态。因而，单柱平台3的第一端部20能够被定位设备30接收。
在步骤220中，该方法包括通过定位设备30的附接装置接收单柱平台3的第一端部20。此后，在步骤230中，该方法包括将定位设备30的附接装置设置为接合状态，使得单柱平台3的第一端部20保持在第一浮动结构10的定位设备30处。
在步骤240中，该方法包括旋转定位设备30的第一枢轴50，使得单柱平台3的第一端部20以远离海洋的表面的方式重新定向。因而，单柱平台3从直立或竖直方向在朝向水平方向的方向上旋转。应当理解，为了拆除单柱平台3，单柱平台3不必重新定向到水平方向。可以在介于竖直方向和水平方向之间的方向上将单柱平台3从安装位置拉走。
在步骤250中，该方法包括将单柱平台3从安装位置运走。可以仅使用第一浮动结构10来执行将单柱平台3从安装位置运走。
图5b公开了根据本发明的第四实施例用于从海洋的海床5拆除单柱平台3的方法的流程图。除了图5a中的第三实施例的步骤之外，第四实施例包括以下步骤。
在步骤202中，该方法包括从海床5释放单柱平台3的第二端部22的锚固。在单柱平台3借助于一个或多个吸力锚80被锚固的情况下，该方法优选地包括将吸力锚80设置为活动状态，并释放来自吸力锚80的吸力。
在步骤204中，该方法包括以远离海床5的方式抬升单柱平台3。优选地，借助于增加给浮力元件75的浮力来抬升单柱平台3。优选地，给浮力元件75的浮力设置为相对于海洋的水的中性浮力或略微正的浮力。在单柱平台3已经被抬升之后，根据步骤210，单柱平台3的第一端部20被附接装置32附接。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求中，括号内的任何参考符号不应解释为限制权利要求。动词“包括”及其组合的使用不排除权利要求中所述之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能被加以利用。

Claims (22)

1.一种用于在海洋的海床(5)中安装单柱平台(3)的定位设备(30)，
所述设备(30)适于布置在第一浮动结构(10)处，并且所述单柱平台(3)适于布置成在所述第一浮动结构(10)和第二浮动结构(12)之间延伸，使得所述单柱平台(3)的第一端部(20)由所述第一浮动结构(10)保持，并且所述单柱平台(3)的第二端部(22)由所述第二浮动结构(12)保持，其中所述设备包括：
-用于将所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)保持在所述定位设备(30)处的附接装置(32)，以及
-第一枢轴(50)，其适于使所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)在由所述附接装置(32)保持在所述定位设备(30)处的同时能够可受控制地枢转，使得在所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)已经从所述第二浮动结构(12)释放之后，所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)从所述第一浮动结构(10)和所述第二浮动结构(12)之间的位置朝向所述海洋的表面(24)重新定向，所述第一枢轴(50)包括与所述第一浮动结构(10)有关的俯仰旋转轴线(R1)，
其特征在于，所述定位设备(30)进一步包括第二枢轴(52)和第三枢轴(53)，所述第二枢轴(52)包括与所述第一浮动结构(10)有关的偏转旋转轴线(R2)，所述第三枢轴(53)包括与所述第一浮动结构(10)有关的滚动旋转轴线(R3)，其中所述定位设备(30)进一步包括连接至所述第二枢轴(52)的臂(55)，并且所述第一枢轴(50)和所述第三枢轴(53)布置在所述臂(55)的一个端部处。
2.根据权利要求1所述的定位设备(30)，其中，所述附接装置(32)包括至少一个接合构件(35)，所述接合构件(35)适于在接合状态和脱离状态之间移动，在所述接合状态下，所述接合构件(35)与所述单柱平台(3)的包络面接合，在所述脱离状态下，所述单柱平台(3)从位于所述第一浮动结构(10)处的所述定位设备(30)释放。
3.根据权利要求2所述的定位设备(30)，其中，所述附接装置(32)包括托架构件(40)，所述托架构件(40)适于将所述单柱平台(3)保持为能够相对于所述单柱平台(3)的延伸轴线(L)旋转且轴向移位。
4.根据权利要求3所述的定位设备(30)，其中，所述托架构件(40)具有至少部分对应于所述单柱平台(3)的包络面的曲率。
5.一种用于在海洋的海床(5)中安装单柱平台(3)的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括：
-用于将所述单柱平台(3)运输到安装位置或安装位置附近的第一浮动结构(10)和第二浮动结构(12)，其中所述第一浮动结构(10)适于将所述单柱平台(3)的第一端部(20)保持在所述海洋的表面(24)的上方，并且所述第二浮动结构(12)适于将所述单柱平台(3)的第二端部(22)保持在所述海洋的表面(24)的上方，以及
-布置在所述第一浮动结构(10)处的根据权利要求1-4中任一项所述的定位设备(30)，其中所述定位设备(30)的第一枢轴(50)适于使所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)在由所述附接装置(32)保持在所述定位设备(30)处的同时能够可受控制地枢转，使得在所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)已经从所述第二浮动结构(12)释放之后，所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)朝向所述海洋的表面(24)重新定向。
6.根据权利要求5所述的装置(1)，其中所述第一浮动结构(10)和所述第二浮动结构(12)适于布置成在保持所述单柱平台(3)时以间距(28)间隔开。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的装置(1)，其中，所述第一浮动结构(10)和所述第二浮动结构(12)通过第一线索装置(26)连接。
8.根据权利要求7所述的装置(1)，其中，所述装置(1)包括连接在所述第一浮动结构(10)和所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)之间的第二线索装置(70)。
9.根据权利要求8所述的装置(1)，其中，所述装置(1)和所述单柱平台(3)中的至少一个包括可调节的浮力元件(75)，所述浮力元件(75)适于为所述单柱平台(3)提供浮力，并且其中所述装置(1)包括用于调节所述浮力元件(75)的浮力的装置。
10.根据权利要求9所述的装置(1)，其中，所述装置(1)包括位于所述第二浮动结构(12)处的移位装置(60)，所述移位装置(60)适于使所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)能够在所述移位装置(60)上以远离所述第二浮动结构(12)的方式移位。
11.根据权利要求10所述的装置(1)，其中所述移位装置(60)包括细长框架(62)，所述细长框架(62)至少部分地沿着所述第二浮动结构(12)的长度延伸。
12.根据权利要求11所述的装置(1)，其中所述细长框架(62)包括突出部分(64)，所述突出部分(64)布置成以远离所述第二浮动结构(12)的边缘的方式延伸。
13.一种借助于根据权利要求5-12中任一项所述的装置将单柱平台(3)安装在海洋的海床(5)中的方法，所述方法包括：
-将所述单柱平台(3)运输到安装位置或安装位置附近的位置，
-将所述附接装置(32)设置为接合状态，使得所述第一端部(20)固定到位于所述第一浮动结构(10)处的所述定位设备(30)，
-将所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)从所述第二浮动结构(12)释放，
-旋转所述定位设备(30)的所述第一枢轴(50)，使得所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)朝向所述海洋的表面(24)重新定向，以及
-将所述附接装置(32)设置为脱离状态，使得所述第一端部(20)从所述定位设备(30)释放。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)从所述第二浮动结构(12)的释放包括以下步骤：
-拆除所述第一浮动结构(10)和所述第二浮动结构(12)之间的第一线索装置(26)，和
-以远离所述第一浮动结构(10)的方式移动所述第二浮动结构(12)，使得所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)从所述第二浮动结构(12)释放。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括
-将所述单柱平台(3)设置为相对于所述海洋的水的中性浮力或接近中性的浮力，以及
-旋转所述定位设备(30)的所述第一枢轴(50)，使得所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)朝向所述海洋的表面(24)重新定向，同时维持所述单柱平台(3)结构的中性浮力或接近中性的浮力。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法包括：
-当所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)在所述定位设备(30)的所述第一枢轴(50)上旋转时，借助于第二线索装置(70)控制所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)的移位。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括在所述单柱平台(3)已经布置在相对于所述海洋的表面(24)的直立位置之后，将所述第二线索装置(70)从所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)拆除。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法进一步包括
-在所述单柱平台(3)已经布置在相对于所述海洋的表面(24)的直立位置之后，降低所述单柱平台(3)的浮力。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法进一步包括
-将所述平台(3)的所述第二端部(22)锚固在所述海床(5)中。
20.一种借助于根据权利要求5-12中任一项所述的装置将单柱平台(3)从海洋的海床(5)拆除的方法，所述方法包括：
-将所述定位设备(30)的所述附接装置(32)设置为脱离状态，
-借助于所述定位设备(30)的所述附接装置(32)接收所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)，
-将所述定位设备(30)的所述附接装置(32)设置为接合状态，使得所述第一端部(20)保持在所述定位设备(30)处，
-旋转所述定位设备(30)的所述第一枢轴(50)，使得所述单柱平台(3)的所述第一端部(20)以远离所述海洋的表面(24)的方式重新定向，以及
-将所述单柱平台(3)从所述安装位置运走。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述方法包括：
-释放所述单柱平台(3)的所述第二端部(22)与所述海洋的海床(5)的锚固。
22.根据权利要求20-21中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
-在释放所述单柱平台(3)的锚固之后，增加所述单柱平台(3)的浮力。
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