CN115743427A - 一种多功能大洋钻探船船型 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能大洋钻探船船型，属于船舶设计制造技术领域。包括沿船长方向延伸的流线型船首和船尾的单体船船体；船体的中部设有月池，月池垂向贯通船体与外界海水连通，月池上方设有井架；在井架靠近船首的一侧设有船载实验室和生活区，靠近船尾的另一侧设有甲板堆场，甲板堆场为可满足不同功能作业设备搭载需求的模块化堆场；船尾末端设有燃烧臂。本发明采用模块化甲板堆场，可根据不同作业功能的需求将甲板堆场进行模块化切换，同时共享主要转运设备，从而实现传统隔水管作业、水合物试采专用测试系统作业、传统无隔水管作业和无隔水管泥浆闭式循环作业等，造价低，且具有更低的油耗和更好的运营经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能大洋钻探船船型，属于船舶设计制造技术领域。
背景技术
天然气水合物是一种清洁高效的能源且储量巨大，资源总量相当于地球上已知煤、石油、天然气含碳量总和的2倍。实施海域天然气水合物的勘探开发和大洋科学钻探离不开钻探船型。目前，全球有2艘专业的大洋钻探船，一是美国的“乔迪斯·决心”号钻探船，但是该船不具备隔水管钻探能力。二是日本的“地球”号钻探船，具备打穿莫霍面的能力。美国的“乔迪斯·决心”号钻探船，因不具备隔水管作业能力，不能形成从井口返回船体的密闭空间，同时受到排水量和甲板面积太小的限制，导致无法通过改造升级来布置相应的设备，因此“乔迪斯·决心”号钻探船不具备水合物试采等能力，仅能用于大洋科学钻探。日本的“地球”号钻探船因其主尺度和排水量较大，导致该船运营经济性较差，尤其是在需要长期连续作业的大洋科学钻探作业中，受到风、浪、流等环境载荷较大，造成动力定位系统油耗过高，给该船的使用效率带来较大影响。
大洋钻探船是一种专业化程度非常高的海洋工程装备，特别是兼顾大洋科学钻探和天然气水合物钻探功能的，只有美国的“乔迪斯·决心号”和日本的“地球号”钻探船，而在上述功能上叠加天然气水合物试采的，则只有日本的“地球号”钻探船。这是因为相对于常规的海洋油气资源钻探，大洋科学钻探和天然气水合物钻探试采，面临着差异较大的技术问题。首先，常规海洋油气资源钻探，大多数是针对软质和沉积岩层进行钻探，大洋钻探船则需要适应包括硬岩在内的各种不同海洋地质条件，并且需要在海底以下进行6000米全程硬岩取芯，达到打穿地球莫霍面的目的。因此，在进行大洋科学钻探时，需要频繁更换钻头，并进行钻柱重返位，硬岩钻进所需时间较长，这要求大洋钻探船具有长时间高精度定点定位能力，并且具有较低的油耗和较高的经济性。其次，大洋科学钻探需要对所取得的岩心进行岩石物性、古生物、古地磁、化学、微生物等多项科学实验，需要在大洋钻探船上配备多学科多门类的船载实验室。船载实验室的种类繁多，不同实验对岩心的时效、温度及其实验环境有不同的要求，特别是古地磁实验室磁屏蔽技术难度大，主-微量元素联机实验室有超高洁净度(达到千级)的环境控制要求。因此，实验室的配置与设计需满足岩心便捷转运的要求。再次，在进行天然气水合物钻探取芯作业中，对于天然气水合物取芯需要对样本进行保温保压，避免天然气水合物样本的汽化；在进行天然气水合物试采作业中，井口侧漏坍塌风险极大，而且在水合物钻探过程中需严格控制泥浆温度和密度，还要防止砂堵和水合物的二次形成，安全风险防控要求极高，且目前天然气水合物的开采方法还属于前沿研究领域，不确定性较大。因此，大洋钻探船需具备适应不同试采方案、工艺系统和泥浆系统的特殊需求，具备多功能作业模式。所以，本技术领域亟需获得一种小吨位、多功能和模块化的多功能大洋钻探船船型，可以兼具大洋科学钻探的经济性，同时又具备隔水管钻探作业功能，可以实现海域天然气水合物的试采作业。
发明内容
本发明的目的是为解决如何获得一种小吨位、多功能和模块化的多功能大洋钻探船船型，可以兼具大洋科学钻探的经济性，同时又具备隔水管钻探作业功能，可以实现海域天然气水合物试采作业的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种多功能大洋钻探船船型，包括沿船长方向延伸的流线型船首和船尾的单体船船体；船体的中部设有月池，所述月池垂向贯通船体与外界海水连通，月池上方设有井架；所述井架沿船长方向靠近船首的一侧设有船载实验室和生活区，所述井架沿船长方向靠近船尾的另一侧设有甲板堆场，所述甲板堆场为可满足不同功能作业设备搭载需求的模块化堆场；船尾末端设有燃烧臂。
优选地，所述甲板堆场在船宽方向的中部设有用于甲板堆场向井架输送管线的共享猫道。
优选地，所述甲板堆场的周边设有用于将甲板堆场的管线吊运至所述共享猫道的起重机。
优选地，所述井架与船载实验室之间设有岩心转运猫道；井架设有井架平台；所述岩心转运猫道设于井架平台和船载实验室顶部之间。
优选地，所述船载实验室下方的船体底部设有用于储存岩心的岩心库，岩心库与船体开敞甲板之间设有一个途径船载实验室的垂直的岩心转运通道。
优选地，所述月池前后两端分别设有可沿船长方向纵向移动的防喷器组台车和辅台车，防喷器组台车和辅台车适应不同水下设备的搭载要求；设有防喷器组台车的一侧还设有防喷器组吊机。
优选地，所述船首底部设有三个呈品字型排布的可伸缩式全回转推进器；所述船尾设有三个全回转推进器；所述船首设有用于辅助定位的隧道式推进器。
优选地，所述井架沿船长方向的一侧设有燃油舱，另一侧设有泥浆池与甲板堆场。
优选地，所述船尾设有三个机舱，三个机舱并排独立布置，机舱之间的分隔满足动力定位等级要求。
优选地，所述生活区的楼顶上设有直升机平台。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的大洋钻探船型采用了模块化甲板堆场，可根据不同作业功能的需求将甲板堆场进行模块化切换，同时共享主要转运设备如起重机、猫道、防喷器组吊机、防喷器台车、辅台车等，将设备和物料运送至作业位置，从而实现传统隔水管作业、水合物试采专用测试系统作业、传统无隔水管作业和无隔水管泥浆闭式循环作业等4种功能。通过采用上述技术方案，可实现隔水管作业最大水深为可调1500m-3000m、最大钻深10000m-12000m的先进指标，同时排水量和吨位相对同等功能和能力的参考船型大幅减小，造价相对更低，且具有更低的油耗和更好的运营经济性。
附图说明
图1为本发明侧视结构示意图。
图2为本发明大洋钻探船实现传统隔水管作业功能时甲板堆场布置图。
图3为本发明大洋钻探船实现传统隔水管作业功能时的原理图。
图4为本发明大洋钻探船实现水合物试采专用测试系统作业功能时甲板堆场布置图。
图5为本发明大洋钻探船实现水合物试采专用测试系统作业功能时的原理图。
图6为本发明大洋钻探船实现传统无隔水管作业功能时甲板堆场布置图。
图7为本发明大洋钻探船实现传统无隔水管作业功能时原理图。
图8为本发明大洋钻探船实现无隔水管泥浆闭式循环作业功能时甲板堆场布置图。
图9为本发明大洋钻探船实现无隔水管泥浆闭式循环作业功能时的原理图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-9所示，本发明所采取的技术方案是提供一种多功能大洋钻探船船型，包括沿船长方向延伸的流线型船首和船尾的单体船船体；船体的中部设有月池13，月池13垂向贯通船体与外界海水连通，月池13上方设有井架1；在井架1沿船长方向靠近船首的一侧设有船载实验室3和生活区7，在井架1沿船长方向靠近船尾的另一侧设有甲板堆场，甲板堆场为可满足不同功能作业设备搭载需求的模块化堆场；船尾末端设有燃烧臂20。甲板堆场在船宽方向的中部设有用于甲板堆场向井架1输送管线的共享猫道25。甲板堆场的周边设有用于将甲板堆场的管线吊运至共享猫道25的起重机。井架1与船载实验室3之间设有岩心转运猫道2；井架1设有井架平台；岩心转运猫道2设于井架平台和船载实验室3顶部之间。船载实验室3下方的船体底部设有用于储存岩心的岩心库11，岩心库11与船体开敞甲板之间设有一个途径船载实验室3的垂直的岩心转运通道4。月池13前后两端分别设有可沿船长方向纵向移动的防喷器组台车28和辅台车，防喷器组台车28和辅台车适应不同水下设备的搭载要求；设有防喷器组台车28的一侧还设有防喷器组吊机27。船首底部设有三个呈品字型排布的可伸缩式全回转推进器10；船尾设有三个全回转推进器19；船首设有用于辅助定位的隧道式推进器9。井架1沿船长方向的一侧设有燃油舱12，另一侧设有泥浆池17与甲板堆场，泥浆池17上方设袋装品库16，可为调配泥浆补充物料。船尾设有三个机舱18，三个机舱18并排独立布置，机舱18之间的分隔满足动力定位等级要求。生活区的楼顶上设有直升机平台8。
如图1所示，是本发明在示例单体大洋钻探船的侧视图。根据不同作业能力指标要求，该船的主尺度可调整为船长为170m-190m，型宽可调整为30m-34m，型深可调整为14m-17m，设计排水量约为40000t-50000t，隔水管作业水深为1500m-3000m，最大钻深为10000m-12000m。
如图1所示，井架1设置于船体中部，井架1为满足最大作业水深和最大钻深提供必要的起升能力与管线接续能力。井架1下方设平台型月池13，月池13为贯通船体上表面和船体下表面的大开口，用于从井架1下放各类水下设备，包括但不限于防喷器组15、隔水管26和钻杆22等。
如图1所示，该大洋钻探船设船载实验室3，船载实验室3与生活区7位于相对井架1的同一侧，便于人员在生活区7与船载实验室3之间的通行，同时船载实验室3顶部与井架1平台基本平齐，便于岩心从井架1转运至船载实验室3。船载实验室3共分四层，总面积不小于2800m2，设九大实验室，可涵盖地球物理、古地磁、无机地化、有机地化、微生物、微体古生物、岩心处理、岩石学、钻探技术、海洋气象、海洋生物、物理海洋、海洋化学、海洋遥感、天然气水合物等门类实验。
如图1所示，船载实验室3中设置了岩心转运通道4，岩心转运通道4垂向贯穿于船体底部的岩心库11至船载实验室3顶部的开敞甲板，可用于岩心在各层之间转运以及从开敞甲板外输岸基的转移。船载实验室3与井架1之间设有岩心转运猫道2，用于岩心从井架1转移至船载实验室3。船载实验室3顶部设有起重机5，可用于船载实验室3与生活区7的物资吊运。在生活区7顶部设置驾驶室6，在驾驶室6的上方设置直升机平台8。
如图1所示，钻杆堆场22和隔水管堆场26位于井架1的同一侧，通过共享猫道25输送至井架1，并在井架1内进行管线接续。在隔水管堆场26两舷分别设置了起重机23和起重机24，其起吊覆盖范围可完全覆盖隔水管堆场26，将隔水管起吊至共享猫道25或者从共享猫道25中卸载至隔水管堆场26。在钻杆堆场22旁边设置起重机21，起重机21起吊范围可完全覆盖钻杆堆场22，用于将钻杆起吊至共享猫道25或从共享猫道25卸载至钻杆堆场22。
如图1所示，月池13沿船长方向的一侧设置有防喷器组吊机27，防喷器组吊机27可沿着船宽方向左右移动，将防喷器组15从储存区移动至月池13内的平台14处，并由平台14处的防喷器台车28(图2)沿着船长方向移动至井架1下方的井口中处，并从月池13下放至水下。
如图1所示，在大洋钻探船末端设置有燃烧臂20，通过管道与天然气水合物试采设备连接，在试采作业中，天然气水合物可通过燃烧臂20将天然气进行燃烧，实现天然气水合物的连续试采。
如图1所示，大洋钻探船在首部设置了3台可伸缩式全回转推进器10，呈“品”字型布置，可用于DP-3动力定位。动力定位时，可伸缩式全回转推进器10可伸出船底，根据控制系统指令，在360°范围内调整方向，使得大洋钻探船保持特定的位置。在航行时，3台可伸缩式全回转推进器10则可收回主船体内，减小船舶航行阻力。
如图1所示，大洋钻探船在尾部设置了3台全回转推进器19，可用于DP-3动力定位和航行。3台全回转推进器19均布置于船底基线以上，码头或港口浅水定位时，不会与海底发生碰撞。可选地，大洋钻探船首部设置有隧道式推进器9，大洋钻探船在码头或港口浅水定位时，可伸缩式全回转推进器10回收至主船体内，可利用隧道式推进器9进行定位和靠泊等操作。
如图1所示，泥浆池17位于月池13沿船长方向的一侧，燃油舱12位于月池13沿船长方向的另一侧，满载时隔水管堆场26、钻杆堆场22、泥浆池17的重量与燃油舱12的重量形成大致平衡，有利于大洋钻探船的浮态控制。船尾设置有三个机舱18，布置于大洋钻探船的尾部，机舱18为并行布置，三个机舱18相互独立并设有满足DP-3动力定位等级要求的防火分隔和水密分隔。
如图2所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现传统隔水管作业功能时堆场甲板布置图。隔水管堆场26、钻杆堆场22和套管堆场29位于月池13沿船长方向的同一侧，通过图1中的共享猫道25向井架1输送。防喷器组15储存于月池的一侧，由防喷器组吊机27(图1)起吊至防喷器台车28后，沿船长方向移至井架1下方井口中心处。
如图3所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现传统隔水管作业功能时的原理图，钻杆31内部形成泥浆加注通道32，钻杆31与外部的隔水管30之间形成的环形空间为泥浆返回通道33，泥浆返回后通过转喷器34和泥浆输送管道35，回流至泥浆处理模块36，经处理后储存于泥浆池17，再次进入泥浆加注通道32，输送至井口保障钻进作业，完成泥浆循环，从而实现传统隔水管作业功能。
如图4所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现水合物试采专用测试系统作业功能时堆场甲板布置图。通过模块化设计，将原套管堆场29切换为水合物试采专用测试系统38堆场，原堆场上的挡桩为可拆卸式挡桩39。在月池13周围，设置有各类绞车37，用于水合物试采专用测试系统38的作业辅助和脐带缆储存。
如图5所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现水合物试采专用测试系统作业功能时的原理图，钻杆31与外部的隔水管30之间形成的环形空间为水合物汽化后的天然气输送通道40，通过管道41连接至燃烧臂20，边试采边燃烧，以实现水合物试采专用测试系统38连续作业。
如图6所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现传统无隔水管作业功能时堆场甲板布置图。井口盘42位于月池13沿船长方向的一侧，可通过辅台车43沿船长方向移至井口中心处，并通过井架1下放至海底，井口盘42可用于水下井口的连接通道。钻孔重返锥44和喇叭口45布置于月池13沿船宽方向的两舷，钻孔重返锥44和喇叭口45可通过防喷器台车28沿船长方向移至井口中心处，并由井架1进行下放，为钻柱在船上完成更换钻头后，重新返回钻孔提供定位作用。通过模块化设计，将原隔水管堆场29切换为大洋科学钻探套管堆场47和集装箱46，集装箱46用于大洋科学钻探的水下高压气源动力补给。大洋科学钻探套管堆场47沿船长方向一侧设置为大洋科学钻探钻杆堆场48。大洋科学钻探套管堆场47与大洋科学钻探钻杆堆场48储存量大幅提升，可满足最大钻深10000m-12000m的需求。
如图7所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现传统无隔水管作业功能时原理图，环保无害的泥浆从钻杆31内部输送至井口49，清洁井底，携带岩屑后，经从钻杆31与井壁之间的环形空间，从井口49上方和喇叭口45排放到海水50中。
如图8所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现无隔水管泥浆闭式循环作业功能时堆场甲板布置图。月池13沿船长方向的一侧设置有绞车53，用于钻探作业辅助和脐带缆储存。月池13沿船长的另一侧设置有海底泵及控制模块56，用于循环泥浆，并设置有海底吸入模块57和压力控制模块58，分别用于水下井口的控制。月池13沿船宽方向的一侧布置有应急断开装置和井口盘模块55，可通过防喷器台车28加装防喷器台车转换器54后，运至井架1下方井口处，并由井架1下放至水下，用于建立泥线位置的井口。原隔水管堆场通过功能切换转换为泥浆返回管线储存堆场52，用于储存泥浆返回管线的软管和接头。
如图9所示，是本发明在示例单体大洋钻探船实现无隔水管泥浆闭式循环作业功能时的原理图。泥浆从钻杆31输送至井口，清洁井底，携带岩屑后，经过井口上方的应急断开装置和井口盘模块55收集后，由泥浆返回管线61和适配的海底泵60，将泥浆回收至泥浆处理模块36，经处理后储存于泥浆池17，再次输送至井口保障钻进作业，完成泥浆循环，从而实现无隔水管泥浆闭式循环作业流程。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，包括沿船长方向延伸的流线型船首和船尾的单体船船体；船体的中部设有月池，所述月池垂向贯通船体与外界海水连通，月池上方设有井架；在所述井架沿船长方向靠近船首的一侧设有船载实验室和生活区，在所述井架沿船长方向靠近船尾的另一侧设有甲板堆场，所述甲板堆场为可满足不同功能作业设备搭载需求的模块化堆场；船尾末端设有燃烧臂。
2.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述甲板堆场在船宽方向的中部设有用于甲板堆场向井架输送管线的共享猫道。
3.根据权利要求2所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述甲板堆场的周边设有用于将甲板堆场的管线吊运至所述共享猫道的起重机。
4.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述井架与船载实验室之间设有岩心转运猫道；井架设有井架平台；所述岩心转运猫道设于井架平台和船载实验室顶部之间。
5.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述船载实验室下方的船体底部设有用于储存岩心的岩心库，岩心库与船体开敞甲板之间设有一个途径船载实验室的垂直的岩心转运通道。
6.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述月池前后两端分别设有可沿船长方向纵向移动的防喷器组台车和辅台车，防喷器组台车和辅台车适应不同水下设备的搭载要求；设有防喷器组台车的一侧还设有防喷器组吊机。
7.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述船首底部设有三个呈品字型排布的可伸缩式全回转推进器；所述船尾设有三个全回转推进器；所述船首设有用于辅助定位的隧道式推进器。
8.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述井架沿船长方向的一侧设有燃油舱，另一侧设有泥浆池与甲板堆场。
9.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述船尾设有三个机舱，三个机舱并排独立布置，机舱之间的分隔满足动力定位等级要求。
10.根据权利要求1所述的一种多功能大洋钻探船船型，其特征在于，所述生活区的楼顶上设有直升机平台。
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