CN1516772A - 自升式顶起的可移式海洋钻井装置及顶起方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种移动式海上居住装置(MODU)的顶起系统(21)中，多个液压连续直线运动驱动装置(30)与多个MODU支承支架(22)啮合，从而在MODU平台及其支承支架之间产生相对运动，并可将MODU平台和MODU支承支架保持锁定在固定静止位置上。在顶起系统(21)中，可对液压活塞/缸装置(33)的数目和用于啮合以产生相对运动的齿(34)的数目和结构进行选择，从而明显减小系统的材料应力。

Description

自升式顶起的可移式海洋钻井装置及顶起方法和装置

【技术领域】

本发明涉及可移式海洋钻井装置(MODU)，更具体的是涉及MODU顶起系统、装置和方法。

【背景技术】

海上建筑结构并不是未知的。1955年U.S.Army Corps.ofEngineers沿新英格兰海岸建造了雷达站，通常被称为“Texas塔”。在建造这些雷达站时，利用液压缸将雷达平台提升到支承支架上。在将支架和平台钉在一起时，将多个液压缸人工连接在支承支架和平台之间。将用于使平台相对于支架保持固定的销钉拆掉，然后对液压缸加压使其活塞伸出并抬起雷达平台。在活塞行程的末端，通过人工将用于使平台相对于支承支架保持固定就位的销钉移回原位，从而使平台相对于支架保持在固定位置上，因此，多个液压缸可与平台和支架脱离连接，并在不影响平台和支架的相对位置的情况下缩回其活塞。然后通过人工将多个液压缸重新连接在平台和支架之间，并通过人工拆掉用于使平台相对于支架保持固定的销钉，使液压缸再次工作以伸出其活塞并相对于支架抬起平台。不断重复该过程直到将平台相对于多个支架提升到其所需的位置上。这种构造方式费工、效率低并且成本高。

不断增加的对油和气的需求迫使人们在海上进行钻探，这就需要钻入到距离水面下方很远的地表中。这种钻探是在移动式海上钻井装置(MODU)上进行的。MODU通常包括浸入式、半浸入式和自升式，本发明涉及的是自升式MODU。自升式MODU结构巨大，其所具有的平台表面面积为两英亩，以便于支承钻探设备、钻探物质、动力源、生活区域、直升机停机坪以及用于维持钻探人员和操纵位于水底表面上方数百英尺的MODU和钻探设备所必须的补给和燃料。支承顶起MODU包括多个MODU支承支架，最通常为三个支架，它们与MODU平台可活动地连接。按照其结构，象一艘具有三个700英尺长桅杆的巨轮，可将具有支承在位于每个支承支架底部的底座上的MODU平台的MODU拖曳到海上钻探现场。一旦MODU在海上钻探现场定位，MODU支承支架下降以与地球水底表面接触，然后将MODU平台完全提升或顶起到水平面上方，以便在巨大风暴过程中使MODU平台较少地处于波浪的波动之中。自升式MODU的重量通常为30000-40000吨或更大，MODU平台及其变化的负荷占其重量的三分之二。另外，MODU支承支架的长度通常为600-700英尺，为了稳定地支承MODU平台，支承支架的横截面通常为三角形，其一侧的长度长达50英尺。

目前使用和建造的自升式MODU包括多个马达驱动的正齿轮，其可用作调节MODU平台和MODU支承支架相对位置的装置，正齿轮与沿每个MODU支承支架的每个拐角支架弦杆长度方向延伸的齿条啮合。支架弦杆包括目前使用的这种自升式MODU的MODU支承支架的拐角，支架弦杆由沿支承支架的长度延伸且由价格昂贵的高强度(例如100KSI)钢材制成的中间齿条构成，沿齿条两侧焊接固定有半圆管结构件来增强支架弦杆的强度、截面模量和刚度。由于在MODU支承支架相对于MODU平台提升和下降过程中正齿轮可转动地与支架弦杆的齿条相啮合，正齿轮齿和支架弦杆齿条的齿具有摆线横截面，且每个正齿轮驱动装置通过正齿轮的一个齿和齿条的一个啮合齿之间的线接触与支架弦杆齿条相啮合，因此，正齿轮和齿条的齿都承受非常大的剪切力，因此需要正齿轮和齿条由价格昂贵且弹性模量为每平方英寸100000磅(100KSI)的高等级钢材制成。

由于装载的重量很大且正齿轮齿和齿条齿之间存在较大的啮合应力，因此，多达18个正齿轮驱动装置与每个支承支架上的6个齿条啮合。在该系统中，多个正齿轮驱动装置每三个一组且竖直地一个位于另一个之上地进行安装，因此，它们的小齿轮可与包括支架弦杆的齿条进行啮合，但是，载荷由多个啮合小齿轮不均匀地进行分担，位置最低的小齿轮及其所啮合的齿条分担了与其明显不成比例的负荷。由于目前使用的正齿轮驱动的自升式MODU的齿负荷达到了现有材料的应力和疲劳极限，因此，人们已开发了用于正齿轮驱动装置的电机的复杂控制装置，以致力于平衡多个啮合齿轮所承受的负荷及有关的应力和疲劳。这种控制装置通过控制电机产生的力矩来平衡其小齿轮上的负荷并逐渐进行加速和减速以避免啮合齿的过应力和疲劳。另外，在正齿轮驱动装置工作过程中，MODU操作人员必须将润滑脂添加到齿条齿上以减小小齿轮和支架弦杆齿条之间的摩擦，且润滑脂会不可避免地落入到大海中。

除了需要价格昂贵的控制装置、材料和制造过程以外，正齿轮驱动的自升式MODU还需要用于每个支承支架的价格昂贵的单独锁定装置，以便于使MODU平台相对于其支承支架保持在固定位置上。

设计和制造自升式MODU的顶起系统通常较为昂贵且难以预计其符合未来的需求。而且人们对具有巨大甲板载荷的大型自升式MODU有巨大的需求。但是，对于现有的材料和技术而言，满足这种需求的能力已达到了其实际极限，因此迫切需要一种新的自升式MODU和MODU顶起系统。

【发明内容】

本发明提供一种新的自升式MODU和MODU顶起系统，其可以可靠地装载数倍于通常装载量的负荷量，对于不同的支承顶起负荷量，可方便和价格低廉地进行设计和调节度量，并在制造一个自升式MODU时可节省数百万美元。

在本发明的一个方面，装载多个连续直线运动驱动装置MODU与多个MODU支承支架啮合，从而使MODU平台及其支承支架之间产生相对运动，并使MODU平台和MODU支承支架保持锁定在固定静止位置上。这里所用的术语“连续直线运动驱动装置”是指多个液压活塞/缸装置N，其活塞可分阶段进行工作，以便于多个活塞/缸装置中的N-1个装置与MODU支承支架啮合并产生相对运动，而一个活塞/缸装置与MODU支承支架脱离啮合并复位以便与支承支架重新啮合继续相对运动。本发明还允许通过连续地运动自动地通过液压顶起MODU平台，避免需要额外的力来克服静摩擦和加速重量巨大的MODU。

在本发明中，采用多个液压活塞/缸装置通过其活塞的分阶段工作，也就是通过顺序地使不同组的活塞/缸装置与多个齿条啮合并通过液压压力驱动其活塞，而另一组活塞/缸装置与齿条脱离啮合并通过将液压压力作用于脱离啮合的活塞的缸上来复位以便重新啮合，从而使MODU相对于具有多个齿条的多个MODU支承支架连续相对运动。分阶段工作的多个液压活塞/缸装置提供了多个连续直线运动驱动装置，可从MODU控制连续直线运动驱动装置来向上顶起MODU或降低MODU或将MODU锁定在任何的固定位置上。这多个连续直线运动驱动装置的价格低于相当的多个正齿轮驱动装置。

在本发明中，在任何给定时刻产生相对运动(以及提升MODU平台)时有多个齿进行啮合，从而通过将重量巨大的MODU所作用的负荷分布到整个由多个活塞驱动的多个齿条啮合部件的多个齿上来消除较大的齿应力。另外，在本发明中，由液压缸活塞驱动的齿条啮合部件的齿和由此而驱动的多个齿条上的齿构成基本上平的啮合面，该平啮合面将驱动力产生的应力均匀分布在整个啮合齿上，且啮合齿的基本上平的啮合面最好倾斜成在活塞运动中部范围内垂直于多个活塞的中心轴线。

另一方面，本发明消除了在现有技术正齿轮驱动顶起系统中横向作用在支承支架的支架弦杆齿条上的较大力，并省去了沿中央延伸穿过每个支架弦杆且由高模量(例如100KSI)钢材制成的价格昂贵的实心齿条，相反提供了一种包括管形柱的支架弦杆，一个或多个由较低弹性模量(例如34-58KSI)钢材制成的齿条焊接在管形柱侧面上，从而使重新构造的这种支承顶起支架弦杆以较小的横截面面积而获得了相同或更大的截面模量，从而可支承顶起巨大的重量并降低了成本。

这些特征消除了对在齿条和多个活塞驱动齿条啮合部件中采用特殊高拉伸强度(例如100KSI)钢材的需求。另外，如果多个活塞/缸装置可枢转地安装到MODU上，当活塞基本上缩回到其缸内以有助于将MODU锁定在一固定位置上时，齿的倾斜的基本上平的啮合面产生阻碍齿条啮合部件和齿条的啮合齿脱离啮合的力，且齿条啮合部件和齿条的啮合齿的倾斜的基本上平的啮合面产生有助于齿脱离啮合以便在活塞行程末端使齿条啮合部件复位的力。

在本发明中，当MODU及其支承支架之间产生相对运动时，至少每个支架的多个驱动活塞/缸装置承受相同的液压压力，且对运动所进行的任何限制会将增大的压力作用于一组齿上，从而使所有的作用缸上产生增大的压力，因此，要避免对运动进行限制，从而没有过大和不平衡的力作用于任何一组齿上。

如上所述，本发明还包括锁定状态，其中，多个活塞/缸装置的所有活塞基本上完全缩回到其缸内，其所连接的齿条啮合部件与齿条啮合，并在其啮合期间产生防止其脱开的力。这种锁定状态省去了目前所用的正齿轮驱动顶起系统所必需的用于每个支承支架的且价格昂贵的单独锁定装置。

本发明的方法包括：

一种不间断地顶起MODU的方法，其包括：提供多个MODU支承支架；提供多个固定在所述多个MODU支承支架上的齿条；提供多个连接到所述MODU上的液压活塞/缸装置；所述多个液压活塞/缸装置中的每一个具有连接到其活塞上并由其活塞沿竖直方向驱动且与一个所述齿条进行啮合的齿条啮合部件；使一部分所述多个活塞/缸装置的一部分所述多个齿条啮合部件与所述齿条啮合；通过将液压压力作用在所述部分的多个活塞/缸装置的所述活塞上使活塞伸出，从而驱动多个齿条啮合部件的所述啮合部分，从而连续地使MODU和MODU支承支架之间产生相对运动，而剩余的齿条啮合部件与齿条脱离啮合，并通过作用液压压力缩回其活塞而使剩余的齿条啮合部件复位以便重新进行啮合然后驱动齿条。

一种用于将MODU锁定在固定位置上的方法，其包括：使一部分多个活塞/缸装置的齿条啮合部件与齿条脱离啮合；使其活塞基本上完全缩回到活塞/缸装置的缸内，并与所述部分的活塞/缸装置的缩回的齿条啮合部件重新啮合，同时使剩余的齿条啮合部件与齿条保持啮合；对多个活塞/缸装置的不同部分的齿条啮合部件重复进行操作，直到多个活塞/缸装置的所有活塞基本上完全位于其缸内，且所有的齿条啮合部件与齿条相啮合。

一种用于制造可至少承受最大支架负荷W的MODU顶起系统的方法，其包括：制造多个可带有多个齿条的MODU支承支架；选择齿条数目R并将齿条固定到这多个MODU支承支架上；选择液压活塞/缸的数目N，液压活塞/缸是市场上可购买到的且直径为d；制造多个可与齿条进行啮合的齿条啮合部件，并将齿条啮合部件连接到每个液压活塞/缸的每个活塞上；在MODU上设置液压压力P源，以便通过将液压压力作用于液压活塞/缸而使MODU和MODU支承支架之间产生相对运动；将所述多个液压活塞/缸装置以允许其齿条啮合部件与齿条相啮合的方式固定到MODU上，齿条数目R、每个齿条的液压活塞/缸的数目N以及活塞的直径d可通过下式确定：

$\frac{{\mathrm{\πPRd}}^2(N-1)}{4}\≥W$

本发明其它的特征和组合显示在附图中，且下面将对本发明进行更详细的描述。

【附图说明】

图1是处于海上位置的自升式MODU的示意图；

图2是从图1所示MODU的上方例如沿图1中2-2所看的视图，其示出了MODU平台及其MODU支承支架之间的关系；

图3示出了一个连续直线运动驱动装置(及其MODU支承结构)，其多个活塞/缸装置与齿条和支架弦杆相互啮合，且活塞/缸装置处于锁定位置；

图4是从图3上方所看的视图；

图5-9示出了两组每组三个液压驱动活塞缸装置分阶段工作以便实现连续的直线运动，图9是图5-8所示的活塞工作相位图；

图10是7个活塞/缸装置进行工作来实现连续直线运动的相位图；

图11是本发明的优选齿形的横截面图；

图12-15示意性地示出了可枢转地连接到MODU上的驱动活塞/缸装置是如何与图11所示的优选齿形一起协同合作，以便在活塞处于中间行程(图14)时将驱动力均匀且垂直地作用于齿上，而在活塞缩回和MODU处于锁定状态(图13)时产生阻碍齿脱开的力，以及在活塞处于其行程末端(图15)时产生有助于齿脱开的力；

图16是本发明显示屏的示意图，该显示屏构成一个可提供顶起系统控制情况的用户界面。

【具体实施方式】

图1示出了处于海上钻井现场的自升式MODU20。MODU20包括一个平台结构21和多个MODU支承支架22。自升式MODU20还包括一个可使MODU平台21和多个支承支架22相对运动的顶起系统。如图1所示，MODU平台21由MODU支架22(由于其长度较长，因此图1中只部分地示出了MODU支承支架22)从地表面支承在水面25上方。

在建造和运输时，MODU平台21处于紧靠支架底座23的位置上。MODU平台21是可飘浮的，因此，MODU20包括一个可被拖曳到勘探现场的运输船。在勘探现场，通过顶起系统相对于平台21降下支承支架22，直到底座23接触到地表面24，然后，通过顶起系统将平台21提升到水面25上方的位置上。

本发明包括一个新颖的顶起系统，以便使MODU平台21和其多个支承支架22可相对运动，并相对于地表面24提升和降下巨大的MODU平台，包括其承载的所有的物质、人员和设备，并且不使用任何单独的锁定装置就可将MODU平台21锁定在选定的固定位置上。由于本发明具有在此所描述的特征，因此，减小了MODU顶起系统部件的重量，减少了包括支承支架的支架弦杆在内的材料，消除了顶起系统对价格昂贵的高强度钢材的需求，增强了顶起系统的提升能力，降低了对传动装置润滑的需求，降低了顶起系统及其制造的成本，可方便地对每个支承支架上的负荷进行监测，简化了顶起系统的工艺装备。

图2是从一个MODU支承支架22的上方所看的视图，其示出了支承支架22和MODU平台21是如何活动连接的。如图1和2所示，多个支承支架22中的每一个可由三个位于三角形支承支架22的三个角部的支架弦杆26构成。这三个支架弦杆26焊接到支承支架结构22上，该支架结构22可以是具有足够强度来承载多达20000-30000吨的MODU平台21的重量及其顶侧负荷的任何的结构形式。这三个支承支架22中的每一个穿过包括MODU平台21和图2所示的上甲板21b在内的甲板上的开口21a。

此外，构成本发明部件的支架弦杆26在图3和4中以放大的比例示出。

如图4所示，每个支架弦杆26最好包括一个带有齿条32的圆筒形管柱27，齿条32焊接在管柱27的相对两侧，并设置得与连续直线运动驱动装置30相连接，在本发明中，驱动装置30工作从而使MODU平台21和支承支架22可连续相对运动并将MODU平台21相对于MODU支承支架22锁定在固定位置上。每个MODU支承支架22的每个支架弦杆26的圆筒形管柱27的外周表面与青铜衬套(未示出)滑动接触，衬套由MODU平台21支承在其上甲板21b和下甲板21c附近，且需要时可支承在两者之间，以避免MODU平台21和多个支承支架22之间发生横向相对运动。因此，避免了现有技术中需要单个齿条完全延伸穿过支承支架的支架弦杆来抵抗正齿轮传动装置所产生的压缩力，且避免了在支架弦杆中使用价格昂贵的高拉伸强度钢材(例如100KSI)，从而降低了每个支承支架的重量和成本。例如，三个长度为670-680英尺的支承支架的重量可减小1110吨，假定每磅的推算价格是$2.20，那么，这三个支承支架的成本可降低$4880000。虽然本发明支架弦杆26的材料减少，但与现有技术的系统相比，本发明支架弦杆26可具有相等或更大的截面模量。

如上所述，本发明包括多个连续直线运动驱动装置，其与多个MODU支承支架相配合来使MODU平台21和支承支架22相对运动。这里所用的术语“连续直线运动驱动装置”是指多个液压活塞/缸装置N，其活塞可分阶段进行工作，从而使这多个活塞/缸装置中的N-1个装置与MODU支承支架22相互配合来产生相对运动，同时一个活塞/缸装置与MODU支承支架22脱离配合，并复位与支承支架22重新配合以便继续相对运动。连续直线运动驱动装置可包括作用于一个或多个齿条从而使MODU平台21(及其负荷)和支承支架22相对运动所必需的任意数目的活塞/缸装置，但最好认定，如图3-8所示，连续直线运动驱动装置中的多个液压活塞/缸装置包括偶数个装置，这偶数个装置可分成两组活塞/缸装置，作用在位于支架弦杆30相对两侧的两个齿条32上，从而使作用于支架弦杆26和齿条32上的横向剪应力最小。这里所用的齿条表示形成可承受足以使MODU平台21和MODU支承支架32可相对运动的驱动力作用的多个齿啮合面的一个或多个部件。最好，齿条包括沿一侧均匀成型的多个齿，特别是，这多个齿具有可将相对运动所必需的驱动力所产生的应力均匀分散到整个齿上的倾斜的平啮合面，下面将详细进行描述。

由于在本发明中并不对可包括连续直线运动驱动装置的多个液压活塞/缸装置进行限制，因此，不必采用价格昂贵且具有特殊结构或尺寸的液压活塞/缸装置或液压泵，且液压活塞/缸装置和液压泵可选自价格低廉的且从市场上可购买到的“标准”液压活塞/缸装置和泵。本发明的连续直线运动驱动装置顶起系统可制造得比具有相当大提升能力的类似正齿轮驱动顶起系统低$2500000。

作为一个例子，图3示出了包括两组且每组三个活塞/缸装置33的连续直线运动驱动装置30，每组都可使MODU平台21和图示的一个支承支架22产生连续相对运动。每个活塞/缸装置33包括双作用液压缸，活塞可在作用于其液压缸端部的液压压力作用下运动，从而从其液压缸向外运动和向内缩回到其液压缸中。图3示出了活塞/缸装置33的活塞处于其缩回位置，且活塞基本上完全封闭在其缸内。多个活塞/缸装置33的每个活塞具有连接到其端部的齿条啮合部件34，在啮合/脱开装置35的作用下，啮合部件34可与一个齿条32相啮合，从而将MODU平台21相对于其支承支架22锁定在固定位置上。在本发明中，由于连续直线运动驱动装置及其多个活塞/缸装置可有效地将MODU平台相对于其支承支架锁定在固定位置上，因此，不需要象正齿轮驱动顶起系统那样采用单独且较昂贵的平台支架锁定装置，对于具有三个MODU支承支架的MODU来说，费用可节省大约$4500000。除了图示的一个支架弦杆26和齿条32以外，图3略去了支承支架22的结构，以便在图3中可更好地示出多个缸33以及它们的齿条啮合部件34的啮合情况。

包括可使支承支架22相对于MODU平台21运动的连续直线运动驱动装置30的多个活塞/缸装置33可枢转地连接并支承在位于MODU平台21上并靠近支承支架的支架弦杆26的结构塔架40上。如图2和4中的虚线所示，MODU平台21包括现有技术中已知的结构件，这些结构件用于承受与MODU平台21及其多个支承支架22的连接相关联的载荷。

连续直线运动驱动装置30包括多个用于通过使活塞/缸装置33转动一个较小的角度从而使活塞/缸装置33的齿条啮合部件(带齿座)34与齿条32相啮合和脱开的装置35。齿条啮合部件34的啮合/脱开装置35最好包括压缩弹簧，该弹簧作用于齿条啮合部件34，从而将其推向齿条32并与齿条相啮合，并在可克服压缩弹簧力的缸内液压压力作用下松开液压活塞/缸装置，从而使齿条啮合部件离开齿条32并与其脱离啮合。这种啮合/脱开装置35最好包括单作用活塞/缸装置，该单作用活塞/缸装置在缸内包括一个压缩弹簧，该压缩弹簧可作用在活塞的一侧从而在没有压力作用的情况下将活塞推向缸外，而在压力作用于活塞另一侧的情况下，可克服压缩弹簧力使活塞向缸内运动。对于这种优选的啮合/脱开装置，在锁定状态下，不需要动力就可使齿条啮合部件34与齿条32相啮合并予以保持，但也可采用其它的可控啮合/脱开装置例如双作用液压活塞/缸、电致动器及类似的装置。

正如下面所进一步详细描述的那样，当顶起系统处于锁定状态时，齿条啮合部件34的齿和齿条32的齿的齿形以及缸33的枢转连接与缩回到缸中的活塞/缸装置33的活塞相互配合，从而产生啮合力，以助于啮合/脱开装置35使齿条啮合部件34与齿条32保持啮合并将MODU平台21相对于支承支架22保持锁定在固定位置上。

为了简化对连续直线运动驱动装置工作过程的描述，对包括一个连续直线运动驱动装置30的两组且每组三个活动液压活塞/缸装置33进行了图示和说明。但必须理解，在本发明中，任意多个活塞/缸装置N可包括一个连续直线运动驱动装置，假定它们的工作过程是分阶段顺序进行的，如图9和10所示，N-1个活塞/缸装置与齿条啮合并可使MODU平台21和MODU支承支架22产生相对运动，同时一个活塞/缸装置缩回并复位以便与支承支架驱动装置重新啮合。

图5-9示出了每组31的三个活塞/缸装置33a、33b、33c分阶段工作以便作用在一个MODU支承支架22的支架弦杆26上进行连续直线运动。

在进行连续直线运动中，每组31的每个活塞/缸装置33a、33b、33c的活塞行程以及齿条啮合装置34的啮合和脱开都是分阶段的，也就是，它们的工作过程随着时间进行变化，从而两个活塞/缸装置使其齿条啮合部件34与支架弦杆26的齿条32相啮合，且其活塞伸出以驱动支架弦杆26，而第三个活塞/缸装置使其齿条啮合部件34与支架弦杆26的齿条32脱离啮合，且其活塞缩回从而重新定位其齿条啮合部件34的位置以便与齿条32重新啮合，然后伸出其活塞来驱动支架弦杆26。在图9所示的相位图中示出了活塞/缸装置33的可实现直线运动的这种反复分阶段进行的工作过程。

在图9所示的标记为图5的时间点上，活塞/缸装置33a、33b、33c已被驱动，因此活塞/缸装置33a的活塞完全伸出，活塞/缸装置33b处于中间行程，且活塞/缸装置33c恰好与齿条32相啮合。在图9相位图中图6所示时间点上，活塞/缸装置33a的齿条啮合部件34与齿条32脱离啮合，同时活塞/缸装置33b和33c继续向标记为图7的点驱动齿条32和支架弦杆26。在图7所示的时间点上，活塞/缸装置33a的活塞已缩回且其齿条啮合部件34已进行定位以与齿条32重新啮合，活塞/缸装置33b进行工作直到其活塞完全伸出，且活塞/缸装置33c进行工作直到其活塞处于中间行程。在此稍后，如图8所示，当活塞/缸装置33b的活塞完全伸出且当活塞/缸装置33c的活塞处于中间行程时，活塞/缸装置33a的齿条啮合部件34重新与齿条32啮合。如图9所示，齿条啮合部件34通过其啮合/脱开装置35的这种分阶段工作以及活塞/缸装置33a、33b、33c的活塞的这种分阶段工作继续按时连续地驱动(不间断)MODU支承支架22相对于MODU平台21运动。

如上所述，连续直线运动驱动装置每组不必一定包括三个活塞/缸装置，且在实际应用中，出于需要力来使巨大的MODU平台及其所承载负荷与MODU支承支架相互之间运动的原因，安装到MODU顶起系统中的连续直线运动驱动装置每组将包括三个以上的活塞/缸装置。例如，图10是七个活塞/缸驱动装置的工作相位图。对于一个驱动装置中包括数目较多的活塞/缸装置的情况，顶起系统的齿中所产生的应力以及在任何单个活塞/缸装置与支承支架脱开的时间就会减小。另外，尽管图3-8所示的是偶数个活塞/缸装置成对地作用于位于支架弦杆26两侧的相对的齿条32，但作用在一个支架弦杆的齿条上的活塞/缸装置的数目也可以是奇数，只要数目N个活塞/缸装置是分阶段工作使N-1个活塞/缸装置与MODU支承支架的支架弦杆相啮合并对其进行驱动，而同时一个活塞/缸装置缩回以便下面接着进行啮合。如果奇数个活塞/缸装置与一个支架弦杆的齿条啮合，那么它们与支架弦杆齿条的啮合位置应当是交错的，而不是相对的，如图3-8所示。尽管作用于齿条且交错的奇数个活塞/缸装置产生横向作用于齿条和支架弦杆的剪切力，但垂直于支架弦杆及其齿条的中心线作用的力是不大的，并且不会在齿条和支架弦杆上产生不可接受的剪应力。

本发明的另一个特征是齿条啮合部件34和齿条32所采用的齿形。图11示出了齿50的横截面，齿条啮合部件34和齿条32的齿最好具有齿50的形状。尽管在图11中优选的齿50表示的是齿条32上的一个齿，但是，齿条啮合部件34的啮合齿将具有相同的啮合齿形。在实际中，齿条是宽的，例如，其宽度为7-10英寸，且齿50的载荷承载面沿垂直于纸面的方向延伸。

如图11所示，优选的齿50的齿形包括平的且大致为竖直的齿根面51和齿顶面52以及一对倾斜的平啮合面53和54，平的上齿表面53相对于大致竖直的平面55形成齿倾角α1，平的下齿表面54相对于大致竖直的平面55形成齿倾角α2，而大致竖直的平面55包含齿根面51。虽然齿50的齿啮合面53和54最好是纯平的，但是，制造过程例如采用火焰切割会与优选的纯平形状产生偏差。齿50的“平”表面包括表面缺陷并与纯平面存在着不会改变本发明应力集中度小这样优点的偏差。为便于进行制造，虽然可增大下啮合面54的倾角α2来减小支承支架22及其内齿条32相对于MODU平台21向上运动时的脱开力，但倾角α1和α2最好是相等的。重要的是，将齿条32的上平啮合面53的倾角α1选择成使当齿条啮合部件34的啮合齿由活塞/缸装置33驱动到中间行程时，齿条啮合部件34的啮合齿作用在齿条32的上倾斜平啮合面53上的力基本上垂直于齿条齿50的上平啮合面53。由于齿条啮合部件34的齿的啮合面和齿条32的齿的啮合面是平面，因此，作用在齿条啮合部件34和齿条32的啮合齿上的驱动力所产生的应力就均匀分布在整个啮合面上和齿体内。

正如现有技术中已知的那样，承载MODU平台及其甲板上所有载荷的最大重量W所必须的齿条和啮合齿的数目可以由下式确定：

S×T×N≥W

其中，S是制造啮合齿的材料的许用拉伸应力，T是每个齿条的啮合齿的总齿根面积，N为齿条的数目。总齿根面积T等于啮合齿的齿节距t(图11)乘以啮合齿数n(也就是，t×n)。总齿根面积T可包括允许采用易得到且便宜的并具有约34-58KSI弹性模量的钢材所必须的面积，从而不需要象现有技术的正齿轮驱动系统那样需要使用特殊高强度钢材。

在连续直线运动驱动装置中，齿节距、缸的竖直行程、缸的底部固定销之间的竖直距离、所用的缸的数目以及循环布置结构的几何关系必须满足一定的几何规则，以便于良好地进行工作。当按如下所述进行构造时，顶起操作将使海上钻井支架相对于海上钻井平台上下运动并将支架在较长的时间范围内锁定在钻探或运输位置上。

用于确定特定支承顶起结构几何关系的通常计算方法如下：

N＝提升海上钻井平台的每个支架弦杆所需的缸(或缸对)的数目；

V＝与弦杆齿条啮合的齿(或多个齿)的竖直行程；

D＝缸的底部销之间的竖直距离，也就是安装距离；

T＝齿条所需的齿节距；

t＝通过对T用2、3、4等进行等分可获得小于所需齿节距的单个齿节距；

S＝缸的行程。

由于缸可用杆端销外侧的缸的底部销进行固定，因此“S”将大于“V”。

典型的计算方法                              例子

步骤1：

计算提升海上钻井平台的每个支架所需的        2组共54个缸

总缸数，包括安全系数。缸数必须可被

支架弦杆数除尽。该结果必须是次高的偶数。

步骤2：

用缸数除以支架弦杆数(3个三角形支架          2组共54/9＝6

的9个支架弦杆)

步骤3：

每个支架弦杆增加一组缸                      每个支架弦杆

                                            6+1＝7组缸

步骤4：

通过计算支架弦杆齿上的许用                  3英寸的节距

支承应力来选择所需的齿节距“T”

步骤5：                                     V＝T*7

齿节距“T”乘以每个支架弦杆上的             V＝3*7

缸数而求得“V”                                                            V＝21英寸

步骤6：                                     D＝V-T

通过从与弦杆齿条啮合的齿的竖直行程          D＝21-3

中减去最大齿节距来计算“D”                                    D＝18英寸

步骤7：

然后通过该结果和安装几何尺寸来

确定活塞的行程S

图10示出了7个活塞/缸装置的驱动装置的缸竖直行程V和最大齿节距或间距T之间的相互关系。

其它可能是用于确定缸的数目或用于确定可加工的齿节距“t”。对于有些结构，最好是采用奇数个缸，这些结构需要缸各自单独和交替地沿支架弦杆进行作用，并且按照与上述计算类似的方式来确定缸的安装形式，从而建立起缸位置和齿节距的适当几何关系。

下表进一步示出了分阶段工作的活塞/缸装置的数目和齿节距之间的关系。

系统相位与齿节距

系统相位         120°              90°                72°             60°

缸号或缸对号-N   3          4          5        6

竖直行程-V       V          V          V        V

最大齿节距-T     V/(N-1)    V/(N-1)    V/(N-1)  V/(N-1)

对于较小的齿，最大齿节距T可除以整数例如2或更大的整数来得到t。

另外，如上所述，优选齿的倾斜平齿面53和驱动活塞/缸33的可枢转地安装可以通过齿条啮合部件34和齿条32的啮合齿，当活塞/缸装置33在系统锁定工作状态下处于其缩回位置时产生有助于齿条啮合部件34与齿条32脱开的力，并当活塞/缸装置33在顶起或下降状态的工作过程中完全伸出并准备脱离啮合和复位时产生有助于齿条啮合部件34与齿条32脱开的力。

图12-15示出了优选齿50的倾斜平齿啮合面53与活塞/缸装置33的可枢转连接之间的相互配合关系。图12示出了活塞分别处于完全伸出、中间行程和完全缩回状态的三个活塞/缸装置33a、33b和33c，图13、14和15示出了齿条32的啮合的平齿啮合面53处的力矢量，图13表示与活塞/缸装置33c的位置相对应的力矢量，图14表示与活塞/缸装置33b的位置相对应的力矢量，图15表示与活塞/缸装置33a的位置相对应的力矢量。

如图13所示，当活塞/缸装置的活塞缩回(如同图12的活塞/缸装置33c一样)且齿条啮合部件34和齿条32的优选齿50啮合时，产生一个闭合力矢量56将齿条啮合部件34推向齿条32，从而有助于保持其啮合，并在顶起系统的锁定工作状态过程中有助于将MODU平台21相对于MODU支承支架保持锁定在固定位置上。

如图14所示，当活塞/缸装置处于中间行程(如同图12的活塞/缸装置33b一样)时，活塞/缸装置的活塞产生的力矢量57垂直于齿条32的平啮合面53。

如图15所示，当活塞/缸装置的活塞完全伸出(如同图12的活塞/缸装置33a一样)时，产生一个打开力矢量58将齿条啮合部件34推离齿条32。打开力58必受到优选的啮合/脱开装置35的压缩弹簧的阻碍，但在活塞缩回和重新啮合之前，有助于使齿条啮合部件34脱离啮合。

当MODU平台21在下降状态时以多个活塞/缸装置33控制的速率下降时，通过齿条32的下倾斜齿面54与齿条啮合部件34的相应啮合面的啮合，在控制MODU平台下降过程中活塞阻力所产生的向上力将产生一个打开力(与力58相同)，使齿条啮合部件34与齿条32脱离啮合，使齿条啮合部件34与齿条3 2保持啮合的啮合/脱开装置35的压缩弹簧所产生的力必须克服该力。例如通过将下平啮合面的齿倾角α2增大到基本上垂直于竖直平面55，就可减小这些在MODU下降时使齿条啮合部件34与齿条32脱离啮合的打开力。

液压系统最好采用压力补偿的变容液压泵或可产生液压压力使活塞运动速度受到控制的泵。另外，可采用偏心阀使活塞在下降状态运动之前在缸中产生正的液压压力。显然，顶起系统还包括用于控制液压流体和压力对活塞/缸装置33和优选的啮合/脱开装置35的松开活塞/缸装置的连续作用所必须的可控液压阀、如果需要用于使活塞/缸装置33的活塞加速工作的蓄能器以及导流阀、减压阀、负载传感器和运动传感器。

如上所述，每个支承支架的连续直线运动驱动装置的活塞/缸装置可连接到公共液压流体供应管线上，以便有同样的液压压力作用在作用于支架的所有活塞/缸装置上。因此，阻碍支承支架的一个支架弦杆运动的任何阻力会增大作用于支承支架的所有支架弦杆的压力和力，并趋于使所有的支架弦杆保持均匀运动。

本发明提供一种新的自升式MODU和MODU顶起系统，其可以可靠地装载大于通常装载量数倍的负荷量，对于不同的支承顶起负荷量，可方便和价格低廉地进行设计和调节度量，并在制造一个支承顶起MODU时可节省数百万美元。

如上所述，本发明的顶起系统具有顶起、下降和锁定工作状态并可监测和控制支架的负荷以及相对运动的速度。在本发明中，最好通过一个可编程逻辑计算机来控制顶起系统的工作，该计算机通过使控制液压流体流动的阀按一定程序进行工作并将液压压力作用于驱动装置的活塞/缸装置以及通过控制相对运动速度来控制一个或多个液压压力源进行工作和控制用于驱动每个支承支架的每个齿条的每个连续直线运动驱动装置进行工作。计算机控制系统还可使阀和活塞/缸装置按一定程序进行工作，从而在从锁定状态变换成顶起或下降状态时使产生运动的连续直线运动驱动装置的活塞和齿条啮合部件定位，并在从顶起或下降状态变换成锁定状态时使连续直线运动装置的活塞/缸装置的活塞停止运动并顺序地缩回其活塞并与它们的齿条啮合部件相啮合。

另外，计算机控制系统还可监测用于检测每个支承支架的每个支架弦杆上的负荷的负载传感器的输出信号和/或用于检测每个支承支架的每个支架弦杆的运动速度的运动传感器的输出信号，并可提供其定量读数以及不合适工作状态警报。

图16示出了这种计算机控制系统的一种可能的屏显示60，其可提供对每个支承支架工作状态、顶起速度定量显示、作用于每个支承支架的液压压力和作用在每个支承支架上的负荷进行触摸屏选择。在该屏显示中，支架显示图形可变换颜色或者伴有或不伴有声响地进行闪烁，来发出不合适工作状态警报。

这里对本发明所进行的描述和图示是针对特定优选实施例和简化的例子进行的。显然，本发明并不局限于这里所描述和图示的特定实施例，而本发明的范围是由所附的权利要求书进行限定。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

个驱动齿部件和至少一个被驱动齿部件，其改进是：驱动齿部件和被驱动齿部件包括由连续直线运动驱动装置驱动的齿，所述齿具有配合的上和下平啮合面。

33.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，上和下平啮合面是倾斜的。

34.根据权利要求33所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，倾斜的上平啮合面以倾角α1倾斜，倾斜的下平啮合面以倾角α2倾斜，倾角α1和倾角α2相等。

35.根据权利要求33所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，倾斜的上平啮合面以倾角α1倾斜，倾斜的下平啮合面以倾角α2倾斜，倾角α2大于倾角α1。

36.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，驱动齿部件包括多个齿，所述齿可与所述被驱动齿部件的多个齿配合。

37.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，连续直线运动驱动装置具有顶起工作状态、下降工作状态和可移式海洋钻井装置锁定工作状态。

38.一种用于使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的方法，其包括：

提供多个活塞/缸驱动装置，所述多个活塞/缸驱动装置中的每一个都具有一个可伸出和可缩回的活塞，活塞带有支架啮合部件；

提供用于使多个活塞/缸驱动装置的支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架啮合和脱开的多个啮合/脱开装置；

提供用于驱动多个活塞/缸驱动装置的活塞的流体压力源；

操纵一部分啮合/脱开装置，并使一部分所述多个活塞/缸驱动装置的一部分所述多个支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架相啮合，

在支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架啮合时，操纵多个活塞/缸驱动装置的所述部分，从而使所述可移式海洋钻井装置平台和所述可移式海洋钻井装置支承支架之间产生连续的相对运动，同时操纵多个啮合/脱开装置中的至少一个并使所述多个活塞/缸驱动装置中的至少一个的支架啮合部件脱离啮合，并在支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合时，操纵所述多个活塞/缸驱动装置中的至少一个的每一个使脱离啮合的支架啮合部件复位以便与可移式海洋钻井装置支承支架重新啮合并产生所述连续相对运动。

39.根据权利要求38所述的方法，其中包括以下的步骤使可移式海洋钻井装置平台相对于可移式海洋钻井装置支承支架锁定在一固定位置上：

停止所述连续相对运动；

使多个活塞/缸驱动装置的所述啮合部分的一部分啮合的支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合，同时使其余所述部分的活塞/缸驱动装置的支架啮合部件保持啮合；

操纵啮合部件的脱开部分的活塞/缸驱动装置使其活塞基本上完全缩回到其缸内；

使活塞/缸驱动装置的所述脱开部分的缩回的支架啮合部件重新啮合；

对于支架啮合部件和多个活塞/缸驱动装置的不同部分重复进行操纵，直到多个活塞/缸驱动装置的所有活塞基本上完全位于其缸内，且所有的支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架啮合。

40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述多个活塞/缸驱动装置可相对于可移式海洋钻井装置支承支架进行枢转，所述方法包括通过使活塞/缸驱动装置进行枢转来啮合和脱开多个活塞/缸驱动装置的支架啮合部件的步骤。

41.根据权利要求40所述的方法，其还包括以下的步骤：

在将所述可移式海洋钻井装置平台相对于所述可移式海洋钻井装置支承支架进行锁定的过程中，通过以下的步骤防止所述支架啮合部件与所述可移式海洋钻井装置支承支架脱开：

在所述支架啮合部件和所述可移式海洋钻井装置支承支架上设置配合的倾斜平啮合面，

从而在配合的倾斜平啮合面的啮合期间，所述多个活塞/缸驱动装置的枢转产生防止支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合的力。

42.根据权利要求40所述的方法，其还包括以下的步骤：

在所述连续相对运动过程中，通过以下的步骤来帮助所述支架啮合部件与所述可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合：

在所述支架啮合部件和所述可移式海洋钻井装置支承支架上设置配合的倾斜平啮合面，

从而，在配合的倾斜平啮合面的啮合期间，所述多个活塞/缸驱动装置的枢转产生有助于使支架啮合部件与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合的力。

43.一种用于使可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的方法，其改进包括：

提供多个连续直线运动驱动装置，多个可移式海洋钻井装置支承支架中的每一个具有至少一个连续直线运动驱动装置，所述多个连续直线运动驱动装置中的每一个都包括N个液压活塞/缸装置，通过使至多N-1个活塞/缸装置与可移式海洋钻井装置支承支架相啮合并操纵至多N-1个活塞/缸装置的活塞，从而在可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架相对运动过程中使每个连续直线运动驱动装置的所述N个液压活塞/缸装置的活塞分阶段进行工作，并在所述可移式海洋钻井装置平台和所述多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生连续相对运动，同时使至少一个活塞/缸装置与可移式海洋钻井装置支承支架之间脱离啮合，操纵脱离啮合的至少一个活塞/缸装置的活塞，并使脱离啮合的至少一个活塞/缸装置复位以便与可移式海洋钻井装置支承支架重新啮合并产生所述连续相对运动。

44.如权利要求43所述的方法，其改进还包括：

通过以下的步骤使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架锁定在选定的固定位置上：

停止N个活塞/缸装置的活塞的分阶段工作，

使所述N个活塞/缸装置中的一部分与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合，同时使所述N个活塞/缸装置的其余部分与可移式海洋钻井装置支承支架保持啮合，

使所述N个活塞/缸装置中脱离啮合的部分的活塞基本上完全缩回到所述N个活塞/缸装置中脱离啮合的部分的缸内，并使所述N个活塞/缸装置中脱离啮合的部分与可移式海洋钻井装置支承支架重新啮合，

对于所述N个活塞/缸装置的不同部分重复进行操纵，直到所述N个活塞/缸装置的所有活塞基本上完全位于其缸内并与可移式海洋钻井装置支承支架啮合。

Claims (37)

1.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，其用于使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动，所述可移式海洋钻井装置支承支架具有至少一个支架弦杆，支架弦杆带有至少一个齿条，该可移式海洋钻井装置顶起系统包括：

用于所述至少一个齿条的多个活塞/缸装置，所述多个活塞/缸装置中的每一个都具有一个可伸出和可缩回的活塞和一个由其活塞驱动的齿条啮合部件；

用于使多个活塞/缸装置的齿条啮合部件与齿条啮合和脱开的多个啮合/脱开装置；

用于驱动多个活塞/缸装置的活塞的液压压力源；

所述可移式海洋钻井装置顶起系统通过操纵一部分啮合/脱开装置，并使一部分所述多个活塞/缸装置的一部分所述多个齿条啮合部件与齿条相啮合，并操纵多个活塞/缸装置的所述啮合部分来产生所述的连续相对运动，同时操纵一个啮合/脱开装置并使其中一个所述多个活塞/缸装置的齿条啮合部件脱离啮合，并操纵多个活塞/缸装置中脱离啮合的一个来使脱离啮合的齿条啮合部件复位以便与齿条重新啮合并产生所述连续相对运动，从而在顶起过程中使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间产生连续的相对运动。

2.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，用于所述至少一个齿条的所述多个活塞/缸装置包括至少三个活塞/缸装置，这三个活塞/缸装置中的每一个的啮合工作时间与其它两个活塞/缸装置的啮合工作时间相互错开，从而使两个活塞/缸装置驱动啮合的齿条啮合部件，而第三个活塞缩回以定位其齿条啮合部件以便使其与齿条重新啮合。

3.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，用于所述至少一个齿条的所述多个活塞/缸装置包括N个装置，其中，所述N个装置的活塞分阶段工作，从而在顶起过程中使N-1个装置始终进行啮合并提供相对运动，而所述N个装置中的一个与齿条脱离啮合并缩回。

4.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，啮合/脱开装置包括弹簧，其可大致水平地推动齿条啮合部件与齿条进行啮合，并通过液压压力可操纵地松开活塞/缸装置以便拉动齿条啮合部件和使之与齿条脱离啮合。

5.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述多个活塞/缸装置的活塞/缸装置可枢转地与可移式海洋钻井装置平台相连并由其承载，因此，它们的中心轴线可转动过一个较小的角度，以便其齿条啮合部件进行啮合和脱离啮合。

6.根据权利要求5所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述至少一个齿条包括具有平啮合面的多个齿，每个齿条啮合部件包括具有相啮合的平啮合面的多个齿，齿条和齿条啮合部件的相互啮合的齿的平啮合面的倾角在活塞伸出的中间行程位置处垂直于多个活塞/缸装置的中心轴线。

7.根据权利要求5所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，多个活塞/缸装置的至少一个可枢转的连接结构包括一个负载传感器，该传感器具有可提供操作信号的输出信号。

8.根据权利要求8所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述操作信号在负载传感器检测到一个不合适负荷的情况下发出警报。

9.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，齿条和齿条啮合部件的所述齿具有齿节距T；多个活塞/缸装置中的缸数为N；齿条啮合部件的竖直行程为T×N，且N个活塞/缸装置中的每一个的可枢转的连接结构之间的竖直距离为T(N-1)。

10.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，通过停止所述连续相对运动，使多个活塞/缸装置中的所述啮合部分的一部分啮合的齿条啮合部件与齿条脱离啮合，并操纵其活塞/缸装置使其活塞基本上完全缩回到其缸内，并使活塞/缸装置的所述啮合部分的缩回的齿条啮合部件重新啮合，同时使其余的齿条啮合部件与齿条保持啮合，以及对多个活塞/缸装置的不同部分的齿条啮合部件重复进行操纵，直到多个活塞/缸装置的所有活塞基本上完全位于其缸内且所有的齿条啮合部件与齿条相啮合，从而使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架锁定在固定位置上。

11.根据权利要求10所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，用于每个齿条啮合部件的啮合/脱开装置包括压缩弹簧，该压缩弹簧促使每个齿条啮合部件与齿条相啮合，其中，不消耗动力就可将可移式海洋钻井装置保持锁定在所述固定位置上。

12.根据权利要求10所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述多个活塞/缸装置的所述活塞/缸装置在其缸的端部可枢转地连接到可移式海洋钻井装置平台上，所述啮合/脱开装置在其工作过程中可使所述活塞/缸装置转动，所述至少一个齿条具有多个带有倾斜平啮合面的齿，所述齿条啮合部件具有多个带有相啮合的倾斜平啮合面的齿；所述齿条和所述齿条啮合部件的所述多个倾斜平啮合面在啮合期间产生用于防止活塞处于缩回位置时使齿条啮合部件脱离啮合的力。

13.根据权利要求10所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，每个齿条啮合部件的所述啮合/脱开装置包括用于使齿条啮合部件与齿条脱离啮合的相连的液压活塞/缸以及作用于齿条啮合部件以促使齿条啮合部件与齿条啮合的压缩弹簧。

14.根据权利要求5所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，齿条啮合部件和齿条具有多个带有相互啮合的倾斜平啮合面的齿，当活塞位于中间伸出状态时，这多个齿的相互啮合的倾斜平啮合面垂直于活塞/缸装置的中心轴线，所述相互啮合的倾斜平啮合面在啮合时将压力基本均匀地作用于多个啮合齿的整个倾斜平啮合面上。

15.根据权利要求14所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述齿条啮合部件和所述齿条的所述多个相互啮合的倾斜平啮合面在啮合期间产生用于防止多个活塞/缸装置的活塞处于缩回位置时使齿条啮合部件与齿条脱离啮合的力。

16.根据权利要求14所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述齿条啮合部件和所述齿条的所述多个相互啮合的倾斜平啮合面在啮合期间产生有助于在多个活塞/缸装置的活塞完全伸出时使齿条啮合部件与齿条脱离啮合的力。

17.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，通过可移式海洋钻井装置所带的控制器操纵所述多个活塞/缸装置和所述多个啮合/脱开装置而产生一个可移式海洋钻井装置顶起循环、一个可移式海洋钻井装置下降循环和一个可移式海洋钻井装置位置锁定循环来实现所述相对运动。

18.根据权利要求17所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，当接收到操作者输入信号使得从可移式海洋钻井装置位置锁定状态运动到可移式海洋钻井装置顶起状态和可移式海洋钻井装置下降状态其中之一时，所述控制器自动地操纵部分齿条啮合部件顺序地脱离啮合和进行定位，以便分阶段进行工作来产生所述相对运动。

19.根据权利要求17所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，多个活塞/缸装置中的至少一个由带有负载传感器的可移式海洋钻井装置平台承载，传感器的输出由控制器进行检测并提供载荷状态标记和对不适当的载荷状态发出警报。

20.根据权利要求1所述的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述至少一个支架弦杆包括管形柱，所述至少一个齿条焊接到该管形柱的侧面上。

21.一种不间断地顶起可移式海洋钻井装置平台的方法，其包括：

提供多个可移式海洋钻井装置支承支架；

提供多个固定在所述多个可移式海洋钻井装置支承支架上的齿条；

提供多个连接到所述可移式海洋钻井装置平台上的液压活塞/缸装置，所述多个液压活塞/缸装置中的每一个具有连接到其活塞上并由其活塞沿竖直方向驱动且与一个所述齿条进行啮合的齿条啮合部件；

使一部分所述多个活塞/缸装置的一部分所述多个齿条啮合部件与所述齿条啮合；

通过将液压压力作用在所述部分的多个活塞/缸装置上使其活塞伸出，从而驱动多个齿条啮合部件的所述啮合部分，从而连续地使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动，而其余的齿条啮合部件与所述齿条脱离啮合，并通过作用液压压力缩回其活塞而使其余的齿条啮合部件复位以便与齿条啮合。

22.制造可至少承受最大支架负荷W的可移式海洋钻井装置顶起系统的方法，其改进包括：

制造多个可带有多个齿条的可移式海洋钻井装置支承支架；

选择齿条数目R并将齿条固定到这多个可移式海洋钻井装置支承支架上；

选择液压活塞/缸的数目N，液压活塞/缸是市场上可购买到的且直径为d；

制造多个可与一个齿条进行啮合的齿条啮合部件，并将齿条啮合部件连接到每个液压活塞/缸的每个活塞上；

在可移式海洋钻井装置上设置液压压力源P，以便通过将液压压力作用于液压活塞/缸而使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动；

将所述多个液压活塞/缸装置以允许其齿条啮合部件与齿条相啮合的方式固定到所述可移式海洋钻井装置上，

对齿条数目R、每个齿条的液压活塞/缸的数目N以及活塞的直径d进行的选择可通过下式确定：

$\frac{{\mathrm{\πPRd}}^2(N-1)}{4}\≥W$

23.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，该系统包括可移式海洋钻井装置平台、多个可移式海洋钻井装置支承支架和用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置，其改进是：所述用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置包括多个连续直线运动驱动装置，多个可移式海洋钻井装置支承支架中的每一个具有至少一个这种驱动装置，所述多个连续直线运动驱动装置中的每一个都包括N个液压活塞/缸装置，其中，在顶起工作过程中，所述N个液压活塞/缸装置的活塞分阶段进行工作，从而使N-1个装置始终与可移式海洋钻井装置支承支架相啮合并产生所述相对运动，同时所述N个装置中的一个与齿条脱离啮合并复位以便与齿条重新啮合来产生所述相对运动。

24.如权利要求23所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其进一步的改进是：通过在一个较长的驱动循环中使N个液压活塞/缸装置中的一部分进行啮合并操纵其活塞，同时在一个基本上短于该驱动循环的复位循环中，所述活塞/缸装置中的所述的一个与可移式海洋钻井装置支承支架脱离啮合并复位，从而实现可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间的连续相对运动。

25.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，该系统包括可移式海洋钻井装置平台、多个可移式海洋钻井装置支承支架和用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置，其改进是：所述用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置包括用于每个可移式海洋钻井装置支承支架的多个活塞/缸装置，所述多个活塞/缸装置中的每一个具有与其活塞相连的齿条啮合部件，每个可移式海洋钻井装置支承支架具有齿条，其中，通过使齿条啮合部件与齿条分阶段进行啮合以及使啮合的齿条啮合部件的活塞/缸装置的活塞分阶段进行工作来实现可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架之间的相对运动，其中，通过使所有活塞/缸装置的所有齿条啮合部件与齿条进行啮合，从而将可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架一起锁定在一固定位置上。

26.如权利要求25所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其进一步的改进是：通过停止多个活塞/缸装置的活塞的分阶段工作，使多个活塞/缸装置中的一部分的齿条啮合部件与齿条脱离啮合，并使脱离啮合的齿条啮合部件的活塞基本上完全缩回到活塞/缸装置的缸内，并使所述部分的活塞/缸装置的缩回的齿条啮合部件重新啮合，同时使其余的齿条啮合部件与齿条保持啮合，以及对多个活塞/缸装置的不同部分重复进行操纵，直到活塞/缸装置的所有活塞基本上完全位于其缸内且所有的齿条啮合部件与齿条相啮合，从而使可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架锁定在选定的固定位置上。

27.如权利要求25所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其进一步的改进包括：多个用于使齿条啮合部件与齿条进行啮合和脱开的装置，所述用于每个齿条啮合部件的啮合和脱开的装置包括压缩弹簧，该压缩弹簧促使每个齿条啮合部件与齿条相啮合，其中，不消耗动力就可将可移式海洋钻井装置平台和可移式海洋钻井装置支承支架锁定在所述固定位置上。

28.如权利要求25所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其进一步的改进是：所述多个活塞/缸装置在其缸的端部可枢转地连接到可移式海洋钻井装置平台上，所述活塞/缸装置在其工作过程中可进行转动来实现齿条啮合部件的啮合和脱开，其中，所述齿条具有多个带有倾斜平啮合面的齿，所述齿条啮合部件具有多个带有相啮合的倾斜平啮合面的齿；所述齿条啮合部件和所述齿条的所述多个倾斜平啮合面在啮合期间产生用于防止活塞处于缩回位置时使齿条啮合部件脱开的力。

29.如权利要求27所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，所述用于每个齿条啮合部件的啮合和脱开的装置包括液压活塞/缸，其连接到齿条啮合部件上，以克服压缩弹簧的推压并使齿条啮合部件与齿条脱离啮合。

30.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，该系统包括可移式海洋钻井装置平台、多个可移式海洋钻井装置支承支架和用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置，该装置在可移式海洋钻井装置支承支架上包括多个驱动齿部件和多个被驱动齿部件，其改进是：所述多个驱动齿部件包括用于驱动多个带有平啮合面的齿的连续直线运动驱动装置，所述多个被驱动齿部件包括齿条，该齿条具有多个带平啮合面的齿，所述连续直线运动驱动装置和所述齿条的平啮合面相互啮合，从而使所述连续直线运动驱动装置的所述多个齿的驱动力所产生的应力大致均匀地分布在被啮合齿的平啮合面上。

31.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，该系统包括可移式海洋钻井装置平台、多个可移式海洋钻井装置支承支架和用于在可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置，其改进是：所述多个可移式海洋钻井装置支承支架中的每一个包括多个支架弦杆，每个支架弦杆包括管形柱，管形柱带有焊接到其两个相对侧的齿条，其中，用于在可移式海洋钻井装置和多个支承支架之间产生相对运动的装置包括至少一个连续直线运动驱动装置，其与每个可移式海洋钻井装置支承支架的每个支架弦杆的齿条相啮合。

32.一种可移式海洋钻井装置顶起系统，该系统包括一可移式海洋钻井装置平台、一可移式海洋钻井装置支承支架和用于在该可移式海洋钻井装置平台和多个可移式海洋钻井装置支承支架之间产生相对运动的装置，该装置在可移式海洋钻井装置支承支架上包括至少一个驱动齿部件和至少一个被驱动齿部件，其改进是：驱动齿部件和被驱动齿部件包括由连续直线运动驱动装置驱动的齿，所述齿具有配合的上和下平啮合面。

33.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，上和下平啮合面是倾斜的。

34.根据权利要求33所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，倾斜的上平啮合面以倾角α1倾斜，倾斜的下平啮合面以倾角α2倾斜，倾角α1和倾角α2相等。

35.根据权利要求33所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，倾斜的上平啮合面以倾角α1倾斜，倾斜的下平啮合面以倾角α2倾斜，倾角α2大于倾角α1。

36.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，驱动齿部件包括多个齿，所述齿可与所述被驱动齿部件的多个齿配合。

37.根据权利要求32所述的改进的可移式海洋钻井装置顶起系统，其中，连续直线运动驱动装置具有顶起工作状态、下降工作状态和可移式海洋钻井装置锁定工作状态。

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