CN109178203B - 一种浮托安装实测的船体姿态校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮托安装实测的船体姿态校准方法。从船体上的不同位置测量当前位置相对于海平面的高度，根据船体各个位置的高度差，通过数学关系计算拖船船体的倾斜角度。本发明提供的方法，可以在很有限的设备支持的条件下，利用非常简单的测量工具，方便、快捷地为拖船上所装备的惯性导航装备进行初始标定，使得海上石油平台的浮托安装作业得以正常开展。

Description

一种浮托安装实测的船体姿态校准方法

技术领域

本发明涉及海洋石油采集领域，尤其涉及一种浮托安装实测的船体姿态校准方法。

背景技术

过去10年是中国海洋石油工业迅猛崛起的10年，中国海洋石油由过去的单一渤海湾作业已经扩展到全球范围进行石油开发和油田建设。油田开发的最大挑战往往来自于浩瀚的大海，恶劣的环境因素、复杂的作业工况时刻给予海洋结构工程师巨大的挑战。海上油田超大型平台浮托技术是近几年来安装海洋石油平台时使用的主要技术之一。该技术利用潮汐原理，在涨潮时，拖船拖运万吨级平台安装模块进入导管架槽口，在落潮时，拖船缓慢增加吃水，将平台安装模块缓慢平稳地落在导管安装架上。操作完毕后，拖船退出导管架，施工人员将平台腿与导管架焊接，完成整个连接操作。

托浮法安装工艺是1977年被引入到石油和天然气行业，由H alliburton/KBR首先应用于北海的英国石油公司油田。该方法可在不使用大型浮吊的情况下，完成一个完整的上部模块的海上安装，避免了海上设备的组装和连接调试工作。平台结构和生产设施均可以在陆地上一次生产，并完成主机联调、生活模块调试、放空臂安装。在后续海上安装期间，对于模块的重量敏感性要较之于传统的浮吊安装小很多。因此可以最大限度地节约海上连接调试和施工作业时间，从而大幅降低油田开发投资成本。

然而，在采用浮托安装的方式进行海洋平台的海上安装时，需要利用拖船将海洋平台上部组块运送到指定位置，同时拖船上需要使用惯性导航设备，但是由于船舶在码头停泊时，船舶通常不是正浮状态，存在一定的倾角，所以在使用之前务必先对船的姿态进行测量，进而对惯性导航设备来进行初始标定，使得船舶正浮状态时正好是惯性导航设备的零度。在现有技术中，测量船舶姿态的设备或者体积庞大、结构复杂、成本很高；或者测量精度不高，不容易操作；或者测量速度缓慢，严重影响施工进度。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种浮托安装实测的船体姿态校准方法，本方法使用十分常见的工具作为测量设备，仅仅进行3个长度的测量，即可得出船体倾斜角度。进而达到对拖船上的惯性导航装备进行初始标定的技术效果。本方法也可以使用在缺乏专业测量设备的实际情况下，对船体倾斜姿态的测量。

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使用简便的工具，快速、准确地为拖船上的惯性导航装备进行初始标定。

为实现上述目的，本发明提供了一种浮托安装实测的船体姿态校准方法，包括以下步骤：

步骤1：在拖船上的第一位置，将系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第一浸水处，并对所述绳子的悬挂位置处做以第一标记；

步骤2：将所述绳子收回，测量所述第一标记处与所述第一浸水处之间的距离，将其定义为第一长度；

步骤3：在拖船上的第二位置，将所述系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第二浸水处，并对所述绳子的悬挂位置处做以第二标记；

步骤4：将所述绳子收回，测量所述第二标记处与所述第二浸水处之间的距离，将其定义为第二长度；

步骤5：测量所述第一位置与所述第二位置之间的距离，将其定义为第三长度；

步骤6：根据步骤2中测得的所述第一长度、步骤4中测得的所述第二长度、步骤5中测得的所述第三长度的数学关系，求得船体的倾斜角度；

步骤7：根据步骤6中求得的所述船体的倾斜角度，对拖船上的惯性导航装备进行初始标定。

进一步地，步骤1中的所述第一位置、步骤3中的所述第二位置均位于船尾，从该位置悬挂的绳子不会碰到舱壁和其它设备，且可以垂直接触水面，尽可能利用船尾的空间，拉长所述第一位置与所述第二位置之间的距离。

进一步地，步骤1中、步骤3中的所述悬挂位置，其高度均高于舷窗的高度。

进一步地，步骤2中测量所述第一长度、步骤4中测量所述第二长度的工具均为卷尺。

进一步地，所述绳子的长度大于所述拖船干舷的高度，且在绳子上能清晰地分辨出浸水与未浸水交汇处的分界线。

进一步地，为提高计算准确度，步骤2中的所述第一长度、步骤4中的所述第二长度、步骤5中的所述第三长度，长度值由多次测量平均得到。

进一步地，步骤5中测量所述第三长度的工具为卷尺。

进一步地，步骤6中所述船体的倾斜角度使用计算机计算获得。

进一步地，所述重物由实心的铜或铁或铅构成，其密度足够大，水流不会使所述重物发生很大的摆动。

进一步地，可在所述拖船上选择多组所述第一位置和所述第二位置，并重复所述步骤1至步骤7，以得到完整的船体倾斜信息。

本发明提供的方法，可以在很有限的设备支持的条件下，利用非常简单的测量工具，方便、快捷地为拖船上所装备的惯性导航装备进行初始标定，使得海上石油平台的浮托安装作业得以正常开展。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的船体倾斜角度测量方法示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1所示，OO’表示水平面，为了求得船体的倾斜角度θ，在手头没有精密测量仪器的情形下，可以使用本发明提供的一种浮托安装实测的船体姿态校准方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在拖船上的第一位置，将系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第一浸水处，即图1中C点的位置，并对所述绳子的悬挂位置处做以第一标记，即图1中A点的位置；为了保证绳子能够被海水浸没，绳子的长度需要大于仓壁到水面的高度。此外，由于水面以下会有水流，推动重物移动，导致绳子并不是严格地垂直于水面，影响测量的准确度，因此本实施例中采用铜制成的实心重物。制成实心重物的材料可以选择常见的密度较高的金属，如铁、铅等。大密度的实心重物可以大大减小水流对绳子垂直度的影响，使得测量数据尽量接近实际值。

步骤2：将所述绳子收回，测量所述第一标记处A点与所述第一浸水处C点之间的距离，将其定义为第一长度，即图1中AC的长度；将绳子收回以后，由于在绳子上可以清晰地分辨出浸水与未浸水的分界线，因此可以明确地确定第一浸水处的位置。另外，第一标记处即为绳子与拖船仓壁外侧的接触位置。使用长度测量工具可以很容易地测得第一标记处与第一浸水处之间的距离。由于绳子是软体物体，因此长度测量工具优选卷尺。

步骤3：在拖船上的第二位置，将所述系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第二浸水处，即图1中的D点位置，并对所述绳子的悬挂位置处做以第二标记，即图1中B点的位置；

步骤4：将所述绳子收回，测量所述第二标记处B点与所述第二浸水处D点之间的距离，将其定义为第二长度，即图1中BD的长度；步骤3与步骤4其实是在拖船上的另一个合适的位置重复步骤1与步骤2。由于拖船通常为长条形，即倾斜角度总是沿着其长轴的旋转角度，因此第一位置与第二位置的选择优选为垂直于船体长轴的直线上。再考虑到绳子必须下垂并浸入到水面下方，因此船尾是第一位置、第二位置选取的优选地点，在船尾位置，悬挂的绳子不会碰到舱壁和其他设备，且可以垂直的接触水面。为了减小测量误差造成的角度计算误差，第一位置、第二位置的选取应在实际情况下尽量利用船体的场地，使两个位置距离尽量拉远。

步骤5：测量所述第一位置与所述第二位置之间的距离，将其定义为第三长度，即图1中AB的长度。为了减小测量带来的误差，第一长度、第二长度和第三长度的测量可以多次进行，并取平均值。

步骤6：根据步骤2中测得的所述第一长度、步骤4中测得的所述第二长度、步骤5中测得的所述第三长度的数学关系，求得船体的倾斜角度，即图1中的θ值。该倾斜角度值可以通过简单的数学关系得出，也有现成的计算机程序辅助运算提高精度。

步骤7：根据步骤6中求得的所述船体的倾斜角度，对拖船上的惯性导航装备进行初始标定。

考虑到有些拖船的形状并不是长条形，也可以在拖船上合适的多个位置重复本方法的步骤1-步骤7，以对船体的倾斜信息有个全面的了解。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在拖船上的第一位置，将系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第一浸水处，并对所述绳子的悬挂位置处做以第一标记；

步骤2：将所述绳子收回，测量所述第一标记处与所述第一浸水处之间的距离，将其定义为第一长度；

步骤3：在拖船上的第二位置，将所述系有重物的绳子悬挂于仓壁外侧，使得所述重物浸入水中，在所述绳子上得到第二浸水处，并对所述绳子的悬挂位置处做以第二标记；

步骤4：将所述绳子收回，测量所述第二标记处与所述第二浸水处之间的距离，将其定义为第二长度；

步骤5：测量所述第一位置与所述第二位置之间的距离，将其定义为第三长度；

步骤6：根据步骤2中测得的所述第一长度、步骤4中测得的所述第二长度、以及步骤5中测得的所述第三长度之间的数学关系，求得船体的倾斜角度；

步骤7：根据步骤6中求得的所述船体的倾斜角度，对拖船上的惯性导航装备进行初始标定。

2.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，步骤1中的所述第一位置、步骤3中的所述第二位置均位于船尾，从该位置悬挂的绳子不会碰到所述仓壁和其它设备，且可以垂直接触水面，尽可能利用船尾的空间，拉长所述第一位置与所述第二位置之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，步骤1中、步骤3中的所述悬挂位置，其高度均高于舷窗的高度。

4.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，步骤2中测量所述第一长度、步骤4中测量所述第二长度的工具均为卷尺。

5.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，所述绳子的长度大于所述拖船干舷的高度，且在绳子上能清晰地分辨出浸水与未浸水交汇处的分界线。

6.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，为提高计算准确度，步骤2中的所述第一长度、步骤4中的所述第二长度、步骤5中的所述第三长度，长度值由多次测量平均得到。

7.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，步骤5中测量所述第三长度的工具为卷尺。

8.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，步骤6中所述船体的倾斜角度使用计算机计算获得。

9.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，所述重物由实心的铜或铁或铅构成，其密度足够大，水流不会使所述重物发生很大的摆动。

10.如权利要求1所述的浮托安装实测的船体姿态校准方法，其特征在于，在所述拖船上选择多组所述第一位置和所述第二位置，并重复所述步骤1至步骤7，以得到完整的船体倾斜信息。

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