CN113784887B - 用于执行海底钻井孔相关活动的海上系统、船和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上系统，所述系统包括：‑塔，其位于浮体(3)上，并且限定基本竖直的作业线(9)；‑移动工作甲板(15)，其在升降运动范围和升沉补偿运动范围的总和的运动范围内沿着作业线可移动；‑升沉补偿系统，其在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿；‑升降系统，其在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位；以及‑过载保护系统，其配置为检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度，并且在检测到加速度的情况下，控制升降系统，使得移动工作甲板在升降运动范围中的运动与在升沉补偿运动范围中的运动相反。

Description

用于执行海底钻井孔相关活动的海上系统、船和方法

技术领域

本发明涉及一种海上系统，其用于在海上系统受到由于波浪引起的升沉运动时，执行海底钻井孔相关活动，例如修井活动、井维护、在海底钻井孔上安装物体、钻海底钻井孔等。

本发明还涉及一种包括海上系统的船以及利用根据本发明的船执行的方法。

背景技术

在本领域中，例如，如本申请人所销售的，已知的海上船包括：

-塔，其位于船上，并且沿着钻井塔限定基本竖直的作业线；

-移动工作甲板，其在包括升沉补偿运动范围的运动范围内沿着作业线相对于塔可移动；以及

-升沉补偿系统，其适配成在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿。

在已知的实施方案中，例如，如WO2016/062812所公开的，升沉补偿系统还配置为向作为升降装置的一部分的游动滑车提供升沉补偿，所述升降装置使得移动工作甲板和游动滑车在操作期间同步运动。

其结果是，可以将由游动滑车或移动工作甲板悬挂的钻柱以及从移动工作甲板悬挂的立管两者保持在相对于海底钻井孔的大致相似位置，而不受由于波浪引起的升沉运动的影响。这改善了例如海底钻井孔的钻井期间的钻井孔压力控制。

然而，已知的系统也有一些缺点。这些缺点之一是如WO2016/062812中公开的移动工作甲板的升沉补偿还引入了安全隐患，即，当施加到移动工作甲板的载荷突然和无意间的改变时，移动工作甲板受到由升沉补偿系统本身引起的相对较大的加速度。这种突然和无意间的改变的示例是当最初由移动工作甲板支撑的相对较重的钻柱无意间地但突然地释放时，例如当夹具突然故障或可能在钻柱本身中的组件突然失去结构完整性时。由于升沉补偿系统中的张力不能足够快地降低以补偿移动工作甲板上载荷的突然变化，接着升沉补偿系统中固有的张力会像弹射器一样弹射移动工作甲板。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的海上系统，其能够对移动工作甲板进行升沉补偿，并且降低由升沉补偿系统引起的移动工作甲板无意间的较大加速度的风险。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于执行海底钻井孔相关活动的海上系统，包括：

-塔，其位于浮体上，并且沿着塔限定基本竖直的作业线；

-移动工作甲板，其在升降运动范围和升沉补偿运动范围的总和的运动范围内沿着作业线相对于塔可移动；

-升沉补偿系统，其适配成在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿；以及

-升降系统，其适配成在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位，

其中，海上系统进一步包括过载保护系统，所述过载保护系统配置为检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度，其中，在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，过载保护系统配置为控制升降系统，使得升降运动范围中的移动工作甲板运动与升沉补偿运动范围中的移动工作甲板运动相反，以降低或限制移动工作甲板的加速度。

本发明基于发明人的如下见解，即工作甲板补偿器升降所述移动工作甲板以及一旦升降就施加升沉补偿的前述组合的功能应该彼此分离，从而在施加到移动工作甲板的载荷突然变化的情况下允许使用升降系统，从而降低或限制移动工作甲板的加速度，并且防止或至少限制对移动工作甲板或者海上系统或海上系统所在的漂浮装置的任何其他组件的损坏。

在升沉补偿系统用于补偿在升沉运动范围内由于波浪引起的升沉运动，并且施加到移动工作甲板的向下方向的载荷突然减小的情况下，升沉补偿系统将导致移动工作甲板迅速向上加速，并且无法快速抵消该加速。然而，当检测到移动工作甲板的这种不合期望的较大加速度时，升降系统可以用于在升降运动范围内快速地降低移动工作甲板以抵消加速度，从而给升沉补偿系统时间以适应新的载荷情况，并且将加速度保持在限制范围内，以避免或最小化对海上系统的损坏。这同样适用于向上方向的载荷突然增加的情况。

类似地，在升沉补偿系统用于补偿在升沉运动范围内由于波浪引起的升沉运动，并且施加到移动工作甲板的向上方向的载荷突然减小的情况下，升沉补偿系统将导致移动工作甲板迅速地向下加速，并且无法快速抵消该加速。然而，当检测到移动工作甲板的这种不合期望的较大加速度时，升降系统可以用于在升降运动范围内快速地升高移动工作甲板以抵消加速度，从而给升沉补偿系统时间以适应新的载荷情况，并且将加速度保持在限制范围内，以避免或最小化对海上系统的损坏。这同样适用于向下方向的载荷突然增加的情况。

尽管本发明描述为双向工作，但过载保护方法可以配置为仅应对一种情况，例如，由于不合期望的较大加速度(优选地，因为向下方向的载荷突然减小)而导致的移动工作甲板迅速向上加速的情况。因此，在这种情况下，过载保护系统配置为检测移动工作甲板的不合期望的较大的向上加速度，并且过载保护系统配置为控制升降系统，使得移动工作甲板运动在升降运动范围内是向下的。

在一个实施方案中，升沉补偿系统包括一个或更多个液压升沉补偿器，其中，升降系统包括一个或更多个液压装置，其中，升沉补偿系统的一个或更多个升沉补偿器连接至浮体和升降系统的一个或更多个液压装置，并且一个或更多个液压装置连接至移动工作甲板，或者升降系统的一个或更多个液压装置连接至浮体和升沉补偿系统的一个或更多个升沉补偿器，并且一个或更多个升沉补偿器连接至移动工作甲板。

应当注意的是，在上述实施方案中“连接至”还意味着间接连接而不是直接连接，但无论如何，一个或更多个液压升沉补偿器与一个或更多个液压装置(可操作地)串联布置在浮体与移动工作甲板之间。

进一步应当注意的是，上述实施方案不要求液压升沉补偿器的数量等于液压装置的数量。这很有可能，但也有可能在补偿器和装置的数量上存在差异。

在一个实施方案中，一个或更多个致动器设置在浮体与移动工作甲板之间，每个致动器由升沉补偿系统的升沉补偿器与升降系统的液压装置串联形成。致动器可以实施为由布置在液压装置的顶部上的升沉补偿器或布置在升沉补偿器的顶部上的液压装置形成的堆叠，但是在替选的实施方案中，升沉补偿系统的每个升沉补偿器包括液压缸和活塞杆，所述活塞杆在所述液压缸内可移动并从所述液压缸延伸，其中，升降系统的每个液压装置包括液压缸和活塞杆，所述活塞杆在所述液压缸内可移动并从所述液压缸延伸，其中，升沉补偿器的活塞杆形成液压装置的液压缸。替选地，还设想这样的实施方案，在所述实施方案中，液压装置的活塞杆形成相应的升沉补偿器的液压缸。

在一个实施方案中，升沉补偿系统的每个升沉补偿器包括液压缸、活塞和活塞杆，所述活塞杆在所述液压缸内可移动并从所述液压缸延伸，所述活塞将液压缸内部的空间分为帽状侧腔室和活塞杆侧腔室，其中，过载保护系统配置为在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下打开至少一个释放阀，以从每个升沉补偿器的帽状侧腔室释放液压。除了由升降系统引起的运动降低移动工作甲板的加速度之外，还这减少了由升沉补偿系统施加到移动工作甲板的载荷，并因此降低了移动工作甲板的加速度。

在一个实施方案中，升降系统的每个液压装置包括液压缸和杆，所述杆在所述液压缸内可移动并从所述液压缸延伸，其中，液压缸包括用于接收加压的液压流体以相对于液压缸来对杆进行定位的压力室，并且其中，过载保护系统配置为在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下打开至少一个释放阀，以从每个液压装置的压力室释放液压。释放液压导致移动工作甲板在升降运动范围内下降，因此这是在移动工作甲板不合期望的较大加速度的情况下控制升降系统的示例之一。

在一个实施方案中，海上系统进一步包括立管张紧系统和立管连接系统，所述立管张紧系统适配成连接在海底钻井孔与浮体之间沿着作业线延伸的立管，所述立管连接系统适配成将立管连接至移动工作甲板，其中，过载保护系统配置为检测移动工作甲板在立管连接系统中的不合期望的较大加速度。

在一个实施方案中，过载保护系统包括立管连接系统中的缸，所述缸与升降系统的释放阀流体连通，使得在移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，缸将缩回或延伸，并且导致释放阀打开。

本发明还涉及一种包括浮体和根据本发明的海上系统的船，其中，海上系统的塔位于浮体上。船可以例如是半潜式的。

本发明还涉及一种利用上述船执行海底钻井孔相关活动的方法，包括以下步骤：

a.利用升降系统在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位，以使得移动工作甲板能够升沉补偿；

b.利用升沉补偿系统提供移动工作甲板的升沉补偿；以及

c.在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，控制升降系统，使得升降运动范围中的移动工作甲板运动与升沉补偿运动范围中的移动工作甲板运动相反，以降低或限制移动工作甲板的加速度。

在一个实施方案中，在升沉补偿期间，移动工作甲板支撑钻柱，其中，不合期望的较大加速度是由钻柱的支撑突然和不合期望地故障引起的。

在一个实施方案中，升沉补偿期间，立管连接至移动工作甲板，其中，在立管连接至移动工作甲板的位置处检测不合期望的较大加速度。

本发明还可以概括为一种用于执行海底钻井孔相关活动的海上系统，包括：

-塔，其位于浮体上，并且沿着塔限定基本竖直的作业线；

-移动工作甲板，其在包括升降运动范围和升沉补偿运动范围的运动范围内沿着作业线相对于塔可移动；

-升沉补偿系统，其适配成在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿；以及

-升降系统，其适配成在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位，

其中，升沉补偿系统和升降系统串联布置，使得升沉补偿系统适配成提供移动工作甲板和升降系统的组合的升沉补偿，或者升降系统适配成对升沉补偿系统和移动工作甲板的组合进行定位，其中，海上系统进一步包括过载保护系统，所述过载保护系统配置为直接或间接地检测由移动工作甲板支撑的重量的预定最小尺寸的不合期望的降低，其中，过载保护系统配置为使得在检测到不能通过升沉补偿来补偿的重量的不合期望的降低的情况下，升降系统控制为在升降运动范围内降低移动工作甲板。

在适用的情况下，上面描述的特征和/或实施方案可以应用于根据上面概述的海上系统，并且在此不作过度重复。

附图说明

现在将参考所附附图以非限制性的方式描述本发明，在附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1描绘了表示根据本发明的船的示例性实施方案的半潜式船；

图2示意性地描绘了由根据本发明的实施方案的升沉补偿系统和升降系统支撑的图1的船的移动工作甲板；以及

图3示意性地描绘了由根据本发明的另一个实施方案的升沉补偿系统和升降系统支撑的图1的船的移动工作甲板。

具体实施方式

图1描绘了船1，这里是半潜式的。船1包括浮体或船体3，所述浮体或船体3具有甲板箱结构3a，所述甲板箱结构3a具有上甲板或主甲板6和箱形底部，一个或更多个浮箱(pontoon)3b(这里是两个平行的浮箱)，以及多个(这里是四个)从一个或更多个浮箱3b向上延伸并在其上支撑甲板箱结构3a的支撑柱3c。

在甲板箱结构3a中有船井4，所述船井4延伸穿过甲板箱结构3a直到甲板箱结构的主甲板6。

例如，主甲板6与箱形底部之间的甲板箱结构3a的高度在11米与15米之间，例如大约12.5米。

船1包括具有竖立在主甲板6(这里是甲板箱结构3a的主甲板6)上方的塔30的海上系统，并且适配成沿着海上系统的至少一个作业线9执行海底钻井孔相关活动，所述作业线9竖直地穿过船井4延伸到海里。提及的钻井孔相关活动可以包括修井活动、井维护、在海底钻井孔上安装物体、钻海底钻井孔等。

塔30在其顶部设置有定滑轮31，并且以缆索33的多重吊索布置从定滑轮31悬挂游动滑车32。缆索连接至一个或更多个绞盘，从而使得游动滑车32能够沿着塔30的操作侧并在作业线9中上下移动，因此通常在主甲板6上方的范围内。

在钻井操作中，游动滑车32例如携带顶部驱动器34，所述顶部驱动器34适配成旋转驱动从顶部驱动器悬挂并延伸到海底钻井孔中的钻柱。

优选地，游动滑车32联接至推车35，所述推车35沿着设置在塔30上的一个或更多个竖直轨道36上下移动。

船1进一步设置有绞盘系统，所述绞盘系统包括升降绞盘和连接至升降绞盘的升降缆索12。与游动滑车32不同的游动升降滑车13能够沿着塔30的一侧上下移动，并且由升降缆索12支撑。滑车13可以用于与要下降到海底或从海底提升的物体连接。因此，缆索12的长度足以到达海底。

优选地，缆索12布置为单吊索布置，因此具有如图1所示的在其端部处的升降滑车13。在替选的实施方案中，可以设想两重吊索布置，其中，滑车13具有至少一个滑轮，缆索12围绕该滑轮通过。在两重吊索布置中，缆索12可以具有实施为尽头端(dead end)的终端。在两重吊索布置的另一个实施方案中，缆索12在其两端的任何一端连接至绞盘，例如，以允许增加速度和/或冗余。在又一个实施方案中，缆索的一端连接至绞盘，而另一端连接至升沉运动补偿系统。

在一个实施方案中，缆索12是合成纤维绳。

塔30在这里设置有顶部滑轮37，缆索12从所述顶部滑轮悬挂在作业线9中。顶部滑轮37可以布置在定滑轮31附近，或者甚至与定滑轮31组合。

船1设置有移动工作甲板15，该移动工作甲板在以下将更详细地说明的运动范围内沿着作业线相对于塔可移动。移动工作甲板15具有工作甲板表面，工作甲板在降低位置覆盖船井4，并且工作甲板表面在移动工作甲板15的降低位置优选地与主甲板6齐平。

正如下面将更详细地说明的，移动工作甲板15由升沉补偿系统和升降系统支撑，所述升沉补偿系统适配成在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿，所述升降系统适配成将移动工作甲板定位在升降运动范围内，其中，升沉补偿系统和升降系统布置为使得移动工作甲板在运动范围内的位置是移动工作甲板在升降运动范围内的位置和移动工作甲板在升沉补偿运动范围内的位置的总和。换句话说，运动范围是升降运动范围与升沉补偿运动范围的总和。

升降系统可以用于将移动工作甲板15从下方静止位置升高，并且使移动工作甲板15处于这样的高度处，即升沉补偿范围位于下方静止位置上方从而允许在没有与主甲板6发生碰撞风险的情况下进行升沉补偿。

升沉补偿系统可以进一步适配成为缆索33提供升沉补偿，以在钻井操作期间提供游动滑车32的升沉补偿运动，并由此提供从顶部驱动器35悬挂的任何钻柱等的升沉补偿运动。升沉补偿可以是主动的和/或被动的，并且可以包括一个或更多个滑轮补偿器，每个滑轮补偿器支撑一个或更多个缆索滑轮，所述缆索滑轮接合悬挂所述游动滑车的缆索。升沉补偿也可以替代地或与(一个或多个)滑轮补偿器组合地直接作用在(一个或多个)绞盘上，例如，经由绞盘的变频电驱动的主动升沉补偿控制。

因此，优选地，升沉补偿系统能够在升沉补偿运动范围内实现移动工作甲板的升沉补偿运动，并且所述升沉补偿运动与沿着塔30的一侧移动的游动滑车32的升沉补偿同步。

在下方静止(因此无补偿)位置，移动工作甲板15(参见图1)被设想用作覆盖船井4的静止钻台，并且通常与船体的相邻甲板6齐平。

在一个实施方案中，移动工作甲板15可以设置有支撑在移动工作甲板15下面的人员通道平台，该平台便于在操作期间接近移动工作甲板15下面的设备。

在一个实施方案中，船1设置有安装在船体3(例如，甲板箱结构)上的钻管储存机架120，例如多接头钻杆架储存机架，例如旋转式存储机架。钻管储存机架适配成沿着竖直方向在其中储存钻管。船(例如，井架结构30)设置有齿条系统，该齿条系统适配成使钻管在储存机架和与作业线对准的位置之间移动。齿条系统是升沉补偿的，并且配置为使从储存机架移除的钻管进行升沉补偿运动，所述升沉补偿运动与移动工作甲板15的升沉补偿运动同步。例如，齿条包括竖直的运动臂组件轨道，其中至少一个(例如，多个)运动臂组件125安装在所述竖直的运动臂组件轨道上，每个运动臂组件具有通过驱动器沿着所述竖直的运动臂组件轨道竖直移动的基座，所述驱动器配置为提供与移动工作甲板的升沉补偿运动同步的所述升沉补偿运动。例如，每个运动臂组件125进一步具有可延伸的(例如，可伸缩的)臂，该臂经由竖直轴线回转轴承安装在所述基座上，以便使得所述臂能够延伸和缩回，以及使得所述伸缩臂能够围绕所述竖直回转轴线进行回转运动，其中所述臂适配成在所述臂的端部处支撑管夹持器工具，以便能够借助管夹持器工具夹持钻管。

图2示意性地描绘了具有附图标记16表示的工作甲板表面的图1的移动工作甲板15的截面图。图2描绘了转向器(diverter)110支撑在移动工作甲板15的下侧上并且立管115连接至转向器110的情况。转向器110配置为将碳氢化合物和/或钻井泥浆流从海底钻井孔转移至船。通常，软管或管将转向器连接至船1上(例如位于甲板箱结构3a内)的泥浆处理设施。

而且如图2所示的是具有例如移动夹爪的滑移装置(slip device)20，该滑移装置20配置为支撑悬挂的钻柱130等。

在一个实施方案中，移动工作甲板15支撑立管卡盘装置(riser spider)，该立管卡盘装置配置为例如在立管的组装和拆卸期间支撑悬挂的立管。例如，立管卡盘装置具有径向可移动的卡爪，该卡爪接合在立管单根(riser joint)的凸缘下方以支撑立管柱的重量。

图1的船，作为一种选择，能够执行钻井活动，其中升沉补偿移动工作甲板15搁置在向下延伸到海底井的刚性立管的顶部上。

在一个实施方案中，船体3(这里，在与船井4相邻的甲板箱结构3a中)包括一个或更多个缆线立管张紧器设备室，在所述缆线立管张紧器设备室中容纳例如包括竖直定向的缆线立管张紧器缸的缆线立管张紧器设备。该设备配置为向沿着海底与船1之间的作业线延伸的立管115提供顶部张力。

在一个实施方案中，转向器110经由连接结构140连接至移动工作甲板15。该连接结构140例如可以包括一端可操作地连接至转向器110而相对端连接至移动工作甲板15的缸145。连接结构140可以向立管115提供附加张力，尽管在实际的实施方案中，与利用前述缆线立管张紧器设备施加到立管的张力相比，所述附加张力可能相对较小。

如上已经指出的，移动工作甲板15由升沉补偿系统和升降系统支撑。图2描述了其实施方案。示出了两个液压致动器150，但实际的实施方案可以包括任意数量的这种液压致动器，例如，1个、3个、4个或更多个液压致动器150，这取决于需求、可用空间等。

因此，液压致动器150设置在浮体(即，船体3)与移动工作甲板15之间。每个液压致动器150包括连接至船体3的液压补偿器151和布置在液压补偿器151与移动工作甲板15之间的液压装置152。

在该实施方案中，液压补偿器151是升沉补偿系统的一部分，其使得在由液压补偿器151的行程ST1指示的升沉补偿运动范围内进行升沉补偿。

在该实施方案中，液压装置152是升降系统的一部分，其能够在由液压装置152的行程ST2指示的升降运动范围内定位移动工作甲板15。

换句话说，升沉补偿系统和升降系统串联布置，使得移动工作甲板15在其运动范围内的位置由升沉补偿运动范围内的相对位置Z1和升降运动范围内的相对位置Z2的总和来确定。在实际的实施方案中，升沉补偿运动范围可以是5-10米，例如大约7.5米，而升降运动范围可以是4-8米，例如，大约6米，使得移动工作甲板15的运动范围可以是9-18米，例如，大约13.5米。

在该实施方案中，液压补偿器151配置为双作用式补偿器，所述双作用式补偿器能够在两个方向(即，向上和向下)上主动移动，以在两个方向上实现期望的升沉运动补偿速度。

因此，液压补偿器151包括液压缸151a、活塞151b和活塞杆151c，所述活塞杆151c连接至活塞151b，并且在液压缸151a内可移动并从液压缸151a延伸。活塞151b将液压缸151a内部的空间分为帽状(cap)侧腔室151d和活塞杆侧腔室151e。压迫帽状侧腔室151d中的液压液体并同时使液压液体离开活塞杆侧腔室151e将主动地延伸液压补偿器151。压迫活塞杆侧腔室151e中的液压液体并同时使液压液体离开帽状侧腔室151d将主动地缩回液压补偿器151。

在该实施方案中，液压装置152配置为单作用装置，使得能够主动地延伸装置，但利用重力或其他向下方向的载荷被动地缩回装置。由于液压装置152用于升降移动工作甲板15，可以使用双作用装置，但本身没有必要。

因此，液压装置152包括液压缸152a和活塞杆152b，所述活塞杆152b在液压缸152a内可移动并从液压缸152a延伸。活塞杆152b和液压缸152a限定空间152c。压迫空间152c中的液压液体将主动地延伸液压装置152。当打开适当的阀时，作用在液压装置上的重力(例如，移动工作甲板的重量和施加在其上的任何载荷)将把液压液体推出空间152c，从而使得能够被动地缩回液压装置152。

在图2的情况下，移动工作甲板15处于升降运动范围内的升降位置Z2，从而使得在升沉补偿运动范围内能够对移动工作甲板进行升沉补偿。施加到移动工作甲板15上的主要载荷是由滑移装置20支撑的钻柱130的重量。

在升沉补偿期间，液压补偿器151或多或少具有弹簧的特性，所述弹簧必须向移动工作甲板提供足够大的向上方向的弹簧力，以抵消施加到移动工作甲板15的重量和载荷。

在滑移装置20突然故障或钻柱突然断裂的情况下，施加到移动工作甲板15的重量(即，载荷)突然显著减小。其结果是，作用为类似弹簧的液压补偿器151将通过对移动工作甲板15施加由升沉补偿系统施加到移动工作甲板15的弹簧力所引起的相对较大的加速度而将倾向于弹射移动工作甲板15。在大多数情况下，液压补偿器施加的弹簧力不能被足够快地降低以防止移动工作甲板15的弹射。移动工作甲板是否将真的弹射并不重要，这是因为由移动工作甲板的相对较大的加速度以及随后与海上系统的其他组件(例如，塔)发生撞击所导致的损坏同样也是不希望的。

为了应对上述情况，图1和图2的海上系统包括过载保护系统。过载保护系统的作用是防止或使对海上系统的损坏最小化。过载保护系统因此配置为检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度。在该实施方案中，在转向器110与立管115之间的连接结构140的缸145中检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度。

当移动工作甲板发生不合期望的较大加速度时，移动工作甲板15将开始相对于立管柱115向上移动，从而导致缸145缩回。缸145的缩回或缸的腔中的相关压力增加(或减少)可以用于检测不合期望的较大加速度。

当然要注意的是，可以替选地或附加地使用任何其他检测原理，例如利用具有一个或更多个检测器或传感器的专用检测系统。例如：

-利用例如应变仪来测量连接结构中的张力；

-利用例如加速度传感器来测量移动工作甲板的加速度；

-利用例如激光来测量立管/转向器相对于移动工作甲板的相对位置。

在该实施方案中的缸145液压连接(参见虚线)至布置在升降系统的各个液压装置152上的释放阀170。在移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，缸145将缩回，使得缸145中的液压的增加将导致释放阀170打开，从而使得液压液体从由向上移动的液压缸152a和移动工作甲板15的质量惯性造成的空间152c中逸出。其结果是，移动工作甲板在升降运动范围中向下移动(即，Z2值减小)，而在升沉补偿运动范围中的运动是向上的(即，Z1值增大)，使得移动工作甲板15的总加速度降低或至少受到限制，从而防止或至少最小化移动工作甲板15的不合期望的运动导致的损坏。

上述实施方案描述了一种被动过载保护系统。缸145和释放阀170可以在不需要任何主动输入或动力的情况下操作，从而基本上在所有情况下过载保护系统都可以起作用。但是，也设想过载保护系统是主动系统或者主动组件和被动组件的组合。因此，过载保护系统可以包括检测系统，该检测系统配置为例如利用检测器和/或传感器来检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度，并且/或者可以包括控制系统，以根据检测系统的输出来控制升降系统和/或升沉补偿系统。

尽管图2中没有描绘，可以存在这样的检测系统和控制系统，使得检测系统检测工作甲板相对于转向器110的移动，或者通过测量缸145内部的压力，并且控制系统可以连接至升沉补偿系统，例如，与升沉补偿器151的帽状侧腔室151d流体连通的释放阀，以释放这些腔中的液压，从而快速减小由升沉补偿器151施加到移动工作甲板15的弹簧力，以进一步减小和/或限制除了被动过载保护系统部分之外施加到移动工作甲板15的加速度。然而，缸145也可以以类似于释放阀170的被动方式连接至升沉补偿器151的释放阀。

在图2中，升沉补偿系统和升降系统被串联布置，这是通过将相应的升沉补偿器和液压装置串联布置，并且将升沉补偿器151和液压装置152组合为一个致动器150来实现的。图3示意性地描绘了由根据本发明的另一个实施方案的升沉补偿系统HCS和升降系统ES支撑的图1的船的移动工作甲板15。

同样，升沉补偿系统HCS和升降系统ES可见在竖直方向上串联布置。示出的是两个升沉补偿器151，作为升沉补偿系统HCS的一部分，布置在浮体(图1中的船体3)与中间构件IM之间。升降系统ES包括布置在中间构件IM与移动工作甲板15之间的液压装置152。因此，每两个升沉补偿器151使用一个液压装置152。海上系统例如可以包括在船井的相对侧处的图3所示的两个配置。

Claims (12)

1.一种海上系统，用于执行海底钻井孔相关活动，所述海上系统包括：

-塔，其位于浮体上，并且沿着塔限定基本竖直的作业线；

-移动工作甲板，其在升降运动范围和升沉补偿运动范围的总和的运动范围内沿着作业线相对于塔能够移动；

-升沉补偿系统，其适配成在升沉补偿运动范围内提供移动工作甲板的升沉补偿；以及

-升降系统，其适配成在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位，

其中，所述海上系统进一步包括过载保护系统，所述过载保护系统配置为检测移动工作甲板的不合期望的较大加速度，其中，在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，过载保护系统配置为控制升降系统，使得升降运动范围中的移动工作甲板运动与升沉补偿运动范围中的移动工作甲板运动相反，以降低或限制移动工作甲板的加速度。

2.根据权利要求1所述的海上系统，其中，所述升沉补偿系统包括一个或更多个液压升沉补偿器，其中，所述升降系统包括一个或更多个液压装置，其中，所述升沉补偿系统的一个或更多个升沉补偿器连接至浮体并连接至升降系统的一个或更多个液压装置，并且所述一个或更多个液压装置连接至移动工作甲板，或者所述升降系统的一个或更多个液压装置连接至浮体并连接至升沉补偿系统的一个或更多个升沉补偿器，并且所述一个或更多个升沉补偿器连接至移动工作甲板。

3.根据权利要求2所述的海上系统，其中，一个或更多个致动器设置在所述浮体与所述移动工作甲板之间，每个致动器由升沉补偿系统的升沉补偿器与升降系统的液压装置串联形成。

4.根据权利要求3所述的海上系统，其中，所述升沉补偿系统的每个升沉补偿器包括液压缸和在所述液压缸内能够移动并从所述液压缸延伸的活塞杆，其中，所述升降系统的每个液压装置包括液压缸和在所述液压缸内能够移动并从所述液压缸延伸的活塞杆，其中，所述升沉补偿器的活塞杆形成液压装置的液压缸。

5.根据权利要求2所述的海上系统，其中，所述升沉补偿系统的每个升沉补偿器包括液压缸、活塞和在所述液压缸内能够移动并从所述液压缸延伸的活塞杆，所述活塞将液压缸内部的空间分为帽状侧腔室和活塞杆侧腔室，其中，所述过载保护系统配置为在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下打开至少一个释放阀，以从每个升沉补偿器的帽状侧腔室释放液压。

6.根据权利要求2所述的海上系统，其中，所述升降系统的每个液压装置包括液压缸和在所述液压缸内能够移动并从所述液压缸延伸的杆，其中，所述液压缸包括用于接收加压的液压流体以相对于液压缸对杆进行定位的压力室，其中，控制系统配置为在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下打开至少一个释放阀，以从每个液压装置的压力室释放液压。

7.根据权利要求1所述的海上系统，进一步包括立管张紧系统和立管连接系统，所述立管张紧系统适配成连接在海底钻井孔与浮体之间沿着作业线延伸的立管，所述立管连接系统适配成将立管连接至移动工作甲板，其中，检测系统设置在立管连接系统中。

8.一种船，其包括浮体和根据权利要求1所述的海上系统，其中，所述海上系统的塔位于所述浮体上。

9.根据权利要求8所述的船，其中，所述船是半潜式的。

10.一种执行海底钻井孔相关活动的方法，该方法利用根据权利要求8或9所述的船，所述方法包括以下步骤：

a.利用升降系统在升降运动范围内对移动工作甲板进行定位，以使得移动工作甲板能够升沉补偿；

b.利用升沉补偿系统提供移动工作甲板的升沉补偿；以及

c.在检测到移动工作甲板的不合期望的较大加速度的情况下，控制升降系统，使得升降运动范围中的移动工作甲板运动与升沉补偿运动范围中的移动工作甲板运动相反，以降低或限制移动工作甲板的加速度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在升沉补偿期间，移动工作甲板支撑钻柱，其中，不合期望的较大加速度是由钻柱的支撑突然和不合期望地故障引起的。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，升沉补偿期间，立管连接至移动工作甲板，其中，在立管连接至移动工作甲板的位置处检测不合期望的较大加速度。