JP2013531155A

JP2013531155A - 応従性デッキタワー

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Publication number: JP2013531155A
Application number: JP2013518393A
Authority: JP
Inventors: アデルエイチユーナン; ジェイウォードターナー
Original assignee: エクソンモービルアップストリームリサーチカンパニー
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: MY166164A; CA2801391C; EP2588702A4; WO2012003044A1; CA2801391A1; US9096987B2; US20130089379A1; EP2588702A1; JP5715248B2

Abstract

１つ又は２つ以上の支承体を用いた隔離デッキを備える応従性沖合プラットホームであって、支承体がデッキの垂直重心の近くに位置する全体として平行な平面上に設けられている、プラットホーム。

Description

本発明は、一般に、海洋掘削及び鉱物資源の産出のための応従性（コンプライアント）タワー形プラットホームに関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１０年６月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／３５９，９２３号（発明の名称：COMPLIANT DECK TOWER）の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

本項は、本発明の例示の実施形態と関連している場合のある当該技術分野の種々の観点を紹介するものである。この説明は、本発明の特定の観点の良好な理解を容易にする技術内容の枠組みの提供を助けるものと考えられる。従って、本項は、このような見方で読まれるべきであり、必ずしも本項の記載内容が先行技術である旨の承認として読まれるべきではないことは理解されるべきである。

オフショア油・ガス産出は、長年の間、海洋底に固定されたプラットホームから実施されている。かかるプラットホームを設計する際、エンジニアは、沖へ吹く風、波及び海流と地震の両方に起因して生じる環境による力を理解しなければならない。エンジニアが沖合プラットホームを設計する際に考慮する風、波及び海流の荒天条件は、９秒から１６秒までの範囲の周期を持つ表面波エネルギーを含む。他方、地震は、一般に、ゼロ秒から２秒までの範囲の周期を持つエネルギーを含む。したがって、エンジニアは、可能な限りの程度まで、周波数応答がこれら２つの周期範囲から外れた状態で沖合プラットホームを設計する。エンジニアリング業界におけるこの設計上の関心事項は、環境による励振からのプラットホームの応答の「隔離（isolation）」又は「離調（detuning）」と呼ばれることがある。

海洋業界において用いられているプラットホームの形式の中には、鋼杭式ジャケット（Steel Piled Jackets:ＳＰＪ）及びコンプライアント・タワー（Compliant Towers: ＣＴ）がある。ＳＰＪは、環境エネルギーをプラットホームの応答から離調させる仕方においてＣＴとは異なっている。ＳＰＪ、即ち、剛性設計型構造体は、暴風エネルギーの主要範囲よりも実質的に下であるが地震エネルギーの範囲よりも上である２秒から４秒までのおおよその範囲の固有周期を有する。他方、可撓性設計型構造体であるＣＴは、暴風エネルギーと地震エネルギーの両方の主要範囲よりも実質的に上の２０秒から３０秒までのおおよその範囲の固有周期を有する。一般に、ＳＰＪは、水深が約１，０００フィート（３０８．４ｍ）以下において経済的に採算のとれる構造物であり、これに対し、ＣＴは、水深が約１，０００フィート以上で経済的に採算のとれる構造物である。

一般にトップサイド又はデッキと呼ばれる沖合プラットホームの海面（水面）上施設も又、地震エネルギーの影響を受ける。特に、ＳＰＪの表面施設は、１）ＳＰＪの固有周期と地震エネルギーの周期範囲が近い関係にあること、２）かかるＳＰＪ海面上施設は２つの部分から成るエネルギー増幅を受けること、即ち、第１に、土柱系（soil column system）を介する運動の伝搬により、第２に、土柱系とＳＰＪ構造物の相互作用によること、３）表面施設モジュール振動による機器応答の更なる増幅に起因して地震エネルギー作用効果を受ける。これら全ての理由により、とりわけ、エンジニアは、表面施設を地震エネルギーから隔離するメカニズムを常に探求している。

地震による励振に関する課題は、デッキをＳＰＪの下側の下部構造体から隔離する方法により従来取り組まれている。例えば、クラーク（Clarke），ブキャナン（Buchanan），エフシミオウ（Efthymiou）及びショー（Shaw），「プロシーディングス・オブ・オフショア・テクノロジー・カンファレンス（Proceedings of Offshore Technology Conference）」，ＯＴＣ１７３７８，テキサス州ヒューストン，２００５年は、重力を利用したコンクリート構造体のデッキを動的に隔離するための摩擦支承体の使用を提案している。しかしながら、摩擦支承体は、効果を得るために垂直荷重、それ故に垂直加速度に依存している。この依存性の結果として、デッキのアップリフトが生じる場合があり、その結果、可動の水平及び垂直加速度に起因したデッキのトップリング又は剪断の恐れが生じる。加うるに、海洋環境中における支承体の表面摩擦劣化を考慮して、一般に、連続したモニタ及び保守が必要である。

ＣＴは、これらの設計の性質上、地震による励振の影響をそれほど大きくは受けない。ＣＴは、制御された倒立振り子状に水面下底部区分（又はベース）回りに振動することによって励振エネルギーに降伏する。この振動により、加えられた力に対抗する慣性復元力が生じる。この復元力は又、１つ又は２つ以上の代替手段、例えば支持索、浮力タンク及び杭組立体を用いて増強される場合がある。これについては、例えば、米国特許第４，６１０，５６９（Ａ）号明細書、同第４，６９６，６０１（Ａ）号明細書及び同第４，６９６，６０３（Ａ）号明細書を参照されたい。

国際公開第１９９８／０５８１２９（Ａ）号パンフレットに開示されている地震応従性沖合プラットホームは、海域（水域）の底から海域の海面（水面）の上に位置する箇所まで上方に延びる実質的に垂直の立体骨組構造物である。プラットホームは、立体骨組構造体を海域の底に取り付ける基礎手段及び立体骨組構造体の上端部に取り付けられたデッキ構造体を有する。プラットホームの固有振動周期は、地震エネルギーの主励振周期よりも長く且つ暴風エネルギーの主周期よりも短いように設計されている。しかしながら、上述したように、かかる設計は、一般に、比較的水深が深く、典型的には約１，０００フィート以上で経済的に実行可能であるに過ぎない。

米国特許第４，６１０，５６９（Ａ）号明細書米国特許第４，６９６，６０１（Ａ）号明細書米国特許第４，６９６，６０３（Ａ）号明細書国際公開第１９９８／０５８１２９（Ａ）号パンフレット

クラーク（Clarke），ブキャナン（Buchanan），エフシミオウ（Efthymiou）及びショー（Shaw），「プロシーディングス・オブ・オフショア・テクノロジー・カンファレンス（Proceedings of Offshore Technology Conference）」，ＯＴＣ１７３７８，テキサス州ヒューストン，２００５年

当該技術分野における要望に関する上述の説明は、網羅的ではなく代表的である。沖合プラットホームのデッキを地震に起因して生じるエネルギーから切り離し又は隔離する改良方法が要望され続けている。

本発明は、作業デッキ構造体及び少なくとも１本の関節連結脚を有する応従性デッキタワーに関し、デッキ構造体と各脚との間の取り付け箇所は、可撓性であるが、回転運動に対して安定化され又は補剛されている。実施形態は、例えば、取り付け箇所のところに自在継手又は構造用撓み継手を採用するのが良い。回転モーメントに対する安定化により、地震エネルギーのピーク周期範囲よりも長いが、暴風エネルギーのピーク周期範囲よりも短い固有振動周期を定めるのに十分な復元偶力が得られる。

本発明の実施形態は又、少なくとも１本の脚に取り付けられると共に海底の底に取り付けられ又はこの中に部分的に沈められた下部構造体の使用を含むのが良い。脚と下部構造体との接触箇所は、下部構造体内に固定され又はこれに取り付けられた細長いビームによるのが良い。かかる細長いビームにより、取り付け箇所は、可撓性であるが、取り付け箇所を回転運動に対して安定化し又は補剛することができる。

別の実施形態では、応従性デッキタワーは、デッキ構造体、デッキ構造体から海底又は海底に取り付けられた若しくは海底内に取り付けられた１つ又は２つ以上のベース構造体まで延びる２本又は３本以上のプラットホーム脚及びデッキ構造体をプラットホーム脚上に支持する複数個の隔離支承体を有する。この実施形態では、デッキ構造体の一部分は、支承体とデッキ構造体との間の接触箇所の水平面よりも下に延びるのが良い。

上記は、以下の本発明の詳細な説明を良好に理解することができるようにするために、本発明の特徴及び技術的利点をかなり広義に概略説明したものである。特許請求の範囲に記載された本発明の内容を形成する本発明の追加の特徴及び追加の利点について以下に説明する。当業者には理解されるべきこととして、開示した技術的思想及び特定の実施形態は、本発明の同一の目的を達成するために他の構造を改造し又は設計する基礎として容易に理解できる。また、当業者には、認識されるように、かかる均等構成例は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱しない。本発明の特徴であると考えられる新規な特徴は、その構成と動作方法の両方に関し、別の目的及び別の利点と共に、添付の図と関連して考慮されると、以下の説明から良好に理解されよう。しかしながら、図の各々は、例示及び説明の目的上提供されているに過ぎず、本発明の限定の定義として意図されているわけではないことは、明白に理解されるべきである。

本発明について種々の改造例及び変形形態が可能であるが、本発明の特定の例での実施形態が図面に示されており、これら例示の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、理解されるべきこととして、特定の例示の実施形態についての本明細書における説明は、本発明を本明細書において開示する特定の形態に限定するものではなく、これとは逆に、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる全ての変形例及び均等例を含むものである。また、図面は、必ずしも縮尺通りにはなっておらず、むしろ、本発明の例示の実施形態の原理を明確に説明する際、強調がなされていることは理解されるべきである。さらに、或る特定の寸法は、かかる原理を目で見て理解するのを助けるよう誇張されている場合がある。さらに、適当であると考えられる場合、参照符号は、対応又は類似の要素を示すために図面中繰り返し用いられる場合がある。したがって、本発明及びその利点は、添付の図面を参照すると良好に理解されよう。

応従性デッキタワーの一実施形態の略図である。応従性デッキタワーの下部構造体へのデッキの回転的に制約された自在継手による連結の一実施形態の略図である。剛性支持デッキ及びその下部構造体の周波数応答関数を示す図である。所与のタワー減衰比範囲に関し、剛性連結型デッキ‐下部構造体タワー及び応従性デッキ‐下部構造体タワーの下部構造体周波数応答関数を示す図である。隔離支承体がフレーム取り付けデッキを支持している応従性デッキ構造体の一実施形態の略図である。デッキが支承体支持フレーム内に設けられた図３Ａの実施形態を示す図である。応従性デッキ構造体の一実施形態の支持脚とデッキ構造体との間の接触箇所のところでの隔離支承体の使用を示す図である。図４Ａの実施形態の隔離支承体接触箇所を示す図である。標準化された１組の応従性デッキタワー応答曲線を示す図であり、重心の高さと隔離支承体相互間の距離の比について所与の範囲に関し、４脚型応従性デッキタワーに関して垂直軸である垂直加速度を水平軸である水平加速度に対してプロットしたグラフ図である。

しかしながら、以下の詳細な説明が特定の実施形態に特有である程度まで、この説明は、例示であるに過ぎず、本発明の範囲を制限するものと解されてはならない。

命名法及び表記法

本明細書で用いられる用語及び語句は、当該技術分野による用語及び語句の理解と一致した意味を有するものと理解されると共に解釈されるべきである。本明細書において用いられる用語又は語句の一貫した使用法によって示唆されるようになった用語又は語句についての特別の定義は存在せず、即ち、当業者により理解される通常の且つ従来通りの意味とは異なる定義は存在しない。かかる特別の又は明確化する定義は、用語又は語句が特別の意味、即ち、当業者によって理解される最も広い意味とは異なる意味を持つことが意図される程度まで用語又は語句についての特別の又は明確化する定義を提供する定義的な仕方で本明細書において明示的に記載されることなる。

例えば、以下の説明は、本明細書において用いられる幾つかの特定の用語についての定義の非網羅的な列記を含む（他の用語は、本明細書におけるどこか他の場所で定義的に定義され又は明らかにされている場合がある）。これら定義は、本明細書において用いる用語の意味を明らかにするようになっている。用語は、当業者により理解されるようにこれらの通常の意味と一致した仕方で用いられていると考えられるが、それにもかかわらず、分かりやすくするために本明細書において定義を明示する。

傾斜形支持部材：「傾斜形支持部材」という用語は、支持部材が海底に対して実質的に垂直ではない傾斜角度を有するよう設計されたプラットホームの下部構造体を意味している。傾斜形支持部材を備えたプラットホームは、その他の点においては鋼杭式ジャケットと実質的にほぼ同一であるのが良く、或いは、例えば重力利用式構造体であって良い。

応従性（コンプライアント）タワー：「応従性タワー」という用語は、環境に起因した荷重（環境荷重又は環境力と言う）に応答した相当大きな側方撓み及び力に耐えるよう可撓的に設計されているプラットホームを意味している。応従性タワーは、典型的には、鋼杭式ジャケットについて上述した仕方とほぼ同じ仕方で杭式基礎によって海底に取り付けられる。

デッキ：「デッキ」又は「デッキ構造体」という用語は、表面施設及び機器を水面又は海面の上方に支持する沖合プラットホームの部分を意味するものとして広義に用いられている。

重力利用式構造体：「重力利用式構造体（gravity-based structure ）」又は“ＧＢＳ”は、主として又は構造体の重量が構造体を滑り又は転倒したりしないよう安全にするのに十分な荷重を海底に加えるという理由だけで所定場所に留まるよう設計された構造体を意味している。幾つかの実施形態では、ＧＢＳは、ケーソン又はＧＢＳを海底に固定する追加の手段となるよう構成された他の追加の装置を含む場合があるが、一般に、杭の使用は、排除される。

プラットホーム：「プラットホーム」又は「沖合プラットホーム」という用語は、油及びガスをオフショアフィールドから開発産出するために油・ガス業界で用いられている構造体の系統を意味している。プラットホームは、一般に、浮き構造体とは対照的に底部を基礎とする構造体である。

鋼杭式ジャケット（“ＳＰＪ”）：「鋼杭式ジャケット（steel piled jacket）」又は“ＳＰＪ”は、実質的に垂直の荷重を支持すると共に環境に起因して生じる側方力及びモーメントに抵抗するよう設計されたプラットホームの一形式である。プラットホームの「下部構造体」とも呼ばれる「ジャケット」は、典型的には、溶接鋼管から製作されていて、鋼杭により海底に実質的に垂直に取り付けられた脚を備えた立体骨組構造体である。鋼杭は、ジャケット脚によるかジャケット脚の外側部材に設けられた杭案内によるかのいずれかによって駆動されて海底中に入り込む厚手の鋼管である。

下部構造体：「下部構造体」という用語は、海底、又はオプションとして海底上に配置されたベースモジュールからデッキまで延びる沖合プラットホームの一部分を意味している。「剛性下部構造体」という用語は、環境力に抵抗するようになっており、環境力に応従することがない下部構造体を意味している。「剛性下部構造体」という用語は、例えば、鋼杭式ジャケット又は重力利用式構造体に関連した説明の際に用いられる場合がある。

自在継手：「自在継手」という用語及びこれに類似した用語「Ｕ継手」、「カルダン継手」、「ハーディ‐スパイサー（Hardy-Spicer）継手」及び「フック継手」は、剛性ロッド内に設けられていて、ロッドが任意の方向に「曲がる」ことができるようにし、回転運動を伝達するシャフト内に通常用いられる継手である。自在継手は、例えば、互いに密接して配置され、互いに対して９０°をなして差し向けられ、クロスシャフトによって互いに連結された１対のヒンジから成る場合がある。

説明

次に、例示の実施形態及び具体化例を参照する。例えば本発明の開示の恩恵を受ける当業者には明らかであるような本明細書において説明する本発明の特徴の変形例及び別の改造例並びに本明細書において説明する本発明の原理の追加の用途は、本発明の範囲内に含まれるとみなされるべきである。さらに、本発明の特定の実施形態を開示すると共に説明する前に、本発明は、本明細書において開示する特定のプロセス及び材料には限定されないことは理解されるべきである。というのは、かかるプロセス及び材料は、或る程度の変更の余地があるからである。さらに、特定の観点又は特徴を特定の実施形態と関連して説明する場合、かかる観点及び特徴は、該当する場合には本発明の他の実施形態に見受けられると共に／或いは具体化できる。特定の用語が例示の実施形態及び具体化例を説明するために本明細書において用いられている場合がある。それにもかかわらず、１つ又は２つ以上の実施形態又は具体化例に特有な場合のあるかかる説明は、例示であるに過ぎず、１つ又は２つ以上の例示の実施形態を説明する目的のためであることは理解されよう。したがって、それにより本発明の範囲を限定しようとするものではない。というのは、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載及びその均等範囲にのみ基づいて定められるからである。

分かりやすくするために、本明細書においては実際の具体化例の特徴を全て説明しているわけではない。例えば、本発明を不明瞭にするのを避けるために幾つかの周知の特徴、原理又は技術的概念は、詳細には説明されていない。どのような実際の実施例又は具体化例であってもその開発において、一具体化例と別の具体化例では異なる開発者の特定の目的、例えばシステム関連及び業務関連制約との適合性を達成するよう多くの具体化例に特有の決定を行う場合のあることは理解されよう。例えば、本発明の方法を実施するための適当なコンピュータ計算システムの特定の細部は、一具体化例と別な具体化例では異なっている場合がある。さらに、理解されるように、開発努力は、複雑であり且つ時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、本発明の開示の恩恵を受ける当業者にとって日常的に行われることである。

概念的には、本発明の実施形態は、もし本発明のように構成されていなければ下部構造体‐土壌系（substructure-soil system）からデッキに伝達されるエネルギーから沖合プラットホームのデッキを隔離するが、これには限定されない。エネルギー隔離又は遮断は、プラットホームの倒立振り子の応従性に起因して得られる。プラットホームのデッキは、振り子塊状体として作用する。プラットホームの脚は、脚の頂部のところに設けられていて、水平方向の旋回を可能にし、かくしてデッキ運動を可能にする接触箇所を備えた、デッキと下部構造体の両方への連結部を介して振り子糸として作用する。振り子の復元力は、デッキ運動を拘束する構造要素によって提供される。本発明の実施形態は又、拘束構造要素の減衰を増強させる補足的減衰装置を用いるのが良い。

倒立振り子の固有振動周期は、デッキの質量と、下部構造体よりも上のデッキの高さ及び構造要素により提供される回転拘束量の関数である。デッキ質量が所与の場合、デッキの高さ及び回転拘束の剛性のうちのいずれか一方又は両方を調節することによってデッキの固有周期を下部構造体‐土壌系の主周期から離すことができ、これを離調させるとも言う。４本の支持脚及び一様に分布された質量を有する応従性デッキの場合、この関係を表す一般化された方程式は、T= 2[{m (H*H + d*H/2) / 4 K_r}]^1/2であり、この式において、Ｔ＝固有周期、ｍ＝デッキの質量、Ｈ＝下部構造体脚の頂部からのデッキ底部の高さ、ｄ＝デッキ底部からデッキ表面までのデッキの高さ（又は深さ）、Ｋ_r＝デッキ脚１本当たりの所要の回転抵抗である。例えば、ｍ＝３３，６００トン（３０，０００メートルトン）、Ｈ＝１６．６フィート（５ｍ）、ｄ＝４９．２フィート（１５ｍ）、標的周期Ｔ＝５秒の応従性デッキタワーの場合、所要の復元モーメントＫ_r＝５４５，７９６ｋｉｐｓ・フィート／ｒａｄ（７４０ＭＮｍ／ｒａｄ）である。

図１Ａは、北極地震多発環境における浅瀬に適した応従性デッキタワー１０の一実施形態を概略的に示している。デッキ１１は、下部構造体１６によって支持されている。この実施形態は、北極環境に特に適した傾斜形（スローピング形とも呼ばれる）の支持部材１４を備えた剛性下部構造体を有する。ただし、傾斜形支持部材の使用は、本発明の限定要件ではない。この実施形態に示されているように、例えば焼き入れ鋼合金材料を用いて作られた間接連結剛性支持脚上にはデッキ１１に取り付けられると共に自在継手１３を介して下部構造体１６の支持部材１４に取り付けられている。以下に更に説明するように、他のエネルギー隔離連結部を自在継手１３の変形例として使用することができ、かかる他のエネルギー隔離連結部は、本発明の範囲に完全に含まれたままであり、当業者には知られているであろう。細長いビーム１５が支持部材１４と脚１２の両方に取り付けられている。支持部材１４へのビーム１５の連結又は固定箇所は、復元力を生じさせるのに十分自在継手１３よりも下の任意の箇所のところであって良い。細長いビーム１５は、代表的には、好ましくは支持脚１２の高さの下側１／３内の少なくとも１つの箇所を含む複数の箇所のところで支持脚１２に取り付けられる。沖合タワーの構成は、当業界では周知であり、要素１１〜１６は、これ又周知であるように、典型的には、別個独立に又は容易に組み立てられると共に／或いは輸送される組み合わせ状態であらかじめ作られ、次に浮かべられ又は最終的に完全にするために設置場所まで運ばれる。

デッキの周期は、主として水平隔離を達成するために選択されるが、或る程度の垂直隔離は、デッキの運動を介する水平運動と垂直運動の結合によってエネルギー散逸の結果として生じる。さらに、応従性デッキタワーの性状は、例えば氷荷重振動や波動荷重のような力からデッキを切り離す可能性を有する。

例えば図１Ａに示された本発明の実施形態は、先行技術のＳＰＪの幾つかの欠点を解決する。例えば、過度の垂直加速度に起因した離座（unseating）とも呼ばれるデッキ脚のアップリフトと水平運動量に起因した剪断とも呼ばれるトップリングの両方は、先行技術の構造体で起こる場合がある。本発明の実施形態は、自在継手及び剛性支持部材の組み合わせにより上方のデッキと下方の下部構造体の両方に構造的に取り付けられた脚を有し、かくして、実質的なデッキリフトが最小限に抑えられ又はなくなる。
さらに、上述したように、先行技術の構造体の中には、得ようとする離調の大部分を提供する水平剛性を隔離するために垂直荷重、及びかくして垂直加速度を利用しているものがある。本発明の実施形態では、復元力は、構造要素の軸方向剛性と曲げ剛性又はこれら両方により提供され、それ故、垂直荷重及び垂直加速度とは実質的に無関係である。

デッキ‐脚隔離構造体（deck-leg isolation structure）の劣化は、例えば天候又は表面摩擦が露出状態の表面を劣化させたときに波にさらされることによって海域の表面のところ又はその近くで起こる場合が多い。自在継手は、表面摩擦が最小限に抑えられた状態で働き、かくして、かかる劣化がシステム性能全体に及ぼす場合のある影響が最小限に抑えられる。

上述したように、図１Ｂの拡大図に示された図１Ａの区分１８により更に例示されているように、自在継手１３は、間接連結剛性支持脚１２をデッキ１１に取り付けると共に支持脚１２を支持部材１４に取り付けるために用いられている。自在継手１３は、水平軸線回りの旋回を可能にするが、デッキ脚の垂直軸線回りのトルクに抵抗することができる。図１Ｂに例示されているように、細長いビーム１５は、復元偶力モーメントがデッキ１１の効果的な安定化及び補剛のために得られる箇所で支持脚１２内に固定され又はこれら支持脚に取り付けられている。補足的減衰も又、種々の別の減衰装置によりデッキ運動を抑制するよう用いられるのが良い。当該技術分野において知られている適当な減衰装置の例としては、１）金属撓み又は機械的摩擦を用いたヒステリシス装置や２）粘弾性固体若しくはポリマー又は粘性流体の使用を利用した粘弾性装置が挙げられる。図１Ａに示されているように、細長いビーム１５は、支持部材１４を貫通して延び、これら細長いビームは、応従性デッキタワーの設計に必要な所要の軸方向剛性及びかくして回転制約条件を達成するのに必要な長さを有する。細長いビーム１５の下端部は、細長いビーム１５に結果的に復元偶力モーメントを生じさせる所望の軸方向歪をもたらす任意の手法、例えばフランジの使用によって下部構造体１６に取り付けられ又はこの中に取り付けられる。細長いビーム１５の上端部は、例えば、フランジの使用によって支持脚１２の周囲に取り付けられている。

自在継手及び任意の同様に動作するＵ継手、カルダン継手、ハーディ‐スパイサー継手又はフック継手は、当該技術分野においては周知であり、本発明の実施形態に適当に使用できる。本発明のエネルギー隔離目的を達成する他の連結手段で、例えば隔離支承体及び摩擦ダンパは、当業者には知られているであろう。なお、これについては、例えば、米国特許第７，４１９，１４５（Ｂ２）号明細書を参照されたい。

剛性支持脚１２及び自在継手１３を含む図１Ａ及び図１Ｂの実施形態の構成は、図示の構成が（１）トルクを伝達するのではなく、トルクに抵抗すること（２）下部構造体に伝達される相当大きな永続的軸方向力、即ち、垂直デッキ重量を支持するという点を除き、自動車業界及び他の業界で用いられているカルダン継手とほぼ同じである。２０，０００〜４０，０００トン（１８，１４０〜３６，２９０メートルトン）のデッキ重量範囲の場合、４本の脚を備えた本発明の実施形態は、５，０００トン〜１０，０００トン（４，５４０〜９，０７０メートルトン）の範囲のデッキ永続的軸方向力を有することができる。

本発明の別の実施形態では、応従性デッキタワーは、回転的融通性と復元モーメントの両方を提供するよう剛性支持脚１２の頂部及びオプションとして底部に構造撓み継手を利用している。これらは、図１の自在継手１３について図示されているように配置されても良いが、典型的には、細長いビーム１５なしで配置可能である。構造撓み継手は、その構造部材のうちの或る特定のものの弾性撓み又は曲げを介する側方回動可能にする構造要素で構成された継手である。これについては、例えば、米国特許第４，７１７，２８８（Ａ）号明細書を参照されたい。好ましくは、支持脚１２の頂部と底部の両方のところにかかる構造撓み継手を用いることにより、脚１２の頂部と底部との間に所要の回転剛性が効果的に分布される。当業者には理解されるように、撓み継手は、曲げ剛性の減少をもたらすが、軸方向剛性、剪断剛性及び捩り剛性を維持する。曲げ剛性は、所要の回転剛性及びかくして所望の離調効果を達成するよう調整可能である。可撓性材料、例えばアルミニウム又は他の金属合金を撓み継手への取り付け箇所のところで脚１２のサイズ減少区分に用いることは、デッキを地震振動及び衝撃から離調させる際に必要な回転的融通性を達成するのに有効な場合がある。

図１の実施形態のデッキ隔離応答特性を実証するためにコンピュータによるシミュレーションを実施した。シミュレーションでは、重量を約３０，０００トン（２７，２１５メートルトン）、高さ５０フィート（１５．２４ｍ）のデッキ、下部構造体取り付け箇所からデッキ取り付け箇所までの長さが１７フィート（５．１８ｍ）の鋼製脚及び重量１５０，０００トン（１３６，０７８メートルトン）の下部構造体を備えたプラットホームを土壌‐構造ピーク周波数応答周期が１．２５秒の海底で支持しているものと仮定した。剛性的に連結されたデッキとデッキ隔離プラットホームの両方について結果として生じる０．２のデッキ‐下部構造体質量比についてシミュレーションを実施した。デッキ隔離プラットホームを、結果的に５秒のデッキ周波数応答周期、４のデッキ‐下部構造体周期比及び０．０５の下部構造体減衰比が得られるようにする脚１本当たりの単位ラジアン当たりの７５０メガニュートン‐メートルの安定化回転剛性を提供する細長いビームの構成によって下部構造体のところで安定化された自在継手を有するものであると仮定した。デッキ隔離プラットホームについて追加の継手が設けられてのみ異なった状態で、剛性連結デッキプラットホームとデッキ隔離プラットホームの両方を材料、重量比及び寸法が同一の状態でモデル化した。シミュレーションの結果は図２Ａ及び図２Ｂに示されている。

図２Ａは、下部構造体周波数応答関数（周波数応答関数２００）をデッキの周波数応答関数（周波数応答関数２０１）と比較している。図２Ａの剛性連結デッキと図２Ｂの応従性デッキタワー実施形態の両方は、０．２のデッキ‐下部構造体質量比を有し、この図で理解できるように、下部構造体と剛性連結デッキの両方に関する周波数応答関数は、互いに実質的に同一である。ただし、デッキのピーク振幅は、下部構造体のピーク振幅よりも幾分低い。

図２Ｂは、下部構造体周波数応答関数（周波数応答関数２０２）を応従性デッキタワー実施形態の周波数応答関数と比較している。図２Ａの剛性連結デッキと図２Ｂの応従性デッキタワー実施形態の両方は、０．２のデッキ‐下部構造体質量比を有する。図２Ｂで理解できるように、本発明のデッキの隔離により、デッキ周波数応答比のピークが約１秒から約４秒にずれており、かくして、本発明のエネルギー応答隔離上の利点を実証している。図２Ｂは又、デッキ周波数応答関数振幅が減衰比を増大させるために減少していることを示しており、周波数応答関数２０３は、０．０５の減衰比についてプロットされ、０．１（曲線２０４）及び０．２（曲線２０５）の減衰比も又示されている。かくして、デッキ応答関数の振幅を応従性デッキタワー実施形態において追加の減衰によって減少させることができる。

本発明の変形実施形態では、デッキ転倒モーメント及びデッキアップリフトを最小限に抑えるためにデッキの垂直重心の近くの高さ位置に支持された水平隔離支承体を用いることによってデッキ隔離を達成することができる。かかる実施形態の目的上、「〜の近くに」という表現は、支承体接触箇所がデッキ構造体の垂直重心よりも僅かに上、これと同一高さ位置又はこれよりも僅かに低いことを意味している。地震の際、垂直加速度は、一重力単位以上に達する場合がある。かかる垂直加速度では、隔離支承体の単独使用の結果として、潜在的に、デッキのトップリングが生じ、即ち、デッキが構造体から部分的に又は完全に外れて倒壊する。加うるに、垂直加速度と水平加速度の組み合わせにより、構造体は、隔離支承体に対して動く場合があり、極端な状況では、滑ってプラットホーム構造体から外れる場合がある。かくして、支持脚にしっかりと取り付けられ又は支持脚これら自体相互間に嵌め込まれた固定状態の支持フレーム内にデッキ構造体の下方部分を配置することにより、追加の水平安定性が得られる。

具体的に説明すると、図３Ａは、オフショア構造物３０の一実施形態の概略斜視図であり、この場合、隔離支承体３３が支承体支持フレーム３４に取り付けられることによってデッキ３１を支持している。このフレームは、支持脚３５の頂部に剛性的に取り付けられている。図３Ｂに示されているように、デッキ３１の下方区分３２は、隔離支承体３３が支持フレーム３４に取り付けられている水平面よりも下であり、又はこの実施形態に示されているように、少なくとも大部分下である。例えば、下方区分３２は、支承体支持フレーム３４の内部に嵌まり込む凹み構造体として設計されることによりデッキ３１の垂直重心３７の下に位置しても良い。支持脚３５の底部は、ベース３６に固定され又は取り付けられても良く、或いは、海底３９中に固定されても良い。支承体支持フレーム３４の使用により、支承体支持フレーム３４とデッキ３１との間の接触箇所に沿って全体として支承体を用いることができる。これにより、性能を良くし、コスト安にし、しかも設置をしやすくするために支承体の数及びサイズを最適化することができる。フレームが脚にしっかりと取り付けられ又は別の下部構造体を介して脚に取り付けられ又はそのコンポーネントに取り付けられた状態でフレーム３４により作られた空間内にデッキ３１の下方区分３２を嵌め込むことにより、地震衝撃からの加速度を受けた場合であってもデッキが滑ってプラットホームから外れるのを阻止することによって水平拘束状態が得られる。

図４Ａは、海面４８を有する海域における海底４９上に載っている重力利用式沖合プラットホーム４０の側面図である。プラットホーム４０では、支承体４３がデッキ垂直重心４７の近くに（上記において定義している）に配置されている。これは、例えば、隔離支承体４３を支持脚４５の頂部に取り付けることによって結果として得られる。好ましくは、デッキ構造体の下方部分４２は、支持脚４５の頂部４４ａにより境界付けられた領域内に嵌まるよう支持脚４５の頂部４４ａによって包囲された領域よりもサイズが小さく又は凹んでいる。

図４Ｂは、各支持脚４５の頂部４４ａとデッキ構造体４１との間の接触箇所のところにおける隔離支承体４３の使用状態を示しており、この場合、隔離支承体箇所４３を含む水平線がデッキ構造体４１の垂直重心４７の近くに位置し、デッキ構造体４１の下方部分４２は、４本の脚で支持されたプラットホームの２本の脚の各組相互間の空間中に延びるよう形作られている。かくして、デッキ構造体４１の少なくとも下方部分４２は、例えば図示の４本の脚に関して直角交差形態で脚４５の頂部４４ａ周りに嵌まるよう形作られており、かくして、デッキ構造体４１が垂直加速度による持ち上げ又は部分持ち上げにより支承体４３から外れた場合でも側方運動が阻止される。支持脚４５相互間に延びるデッキ構造体４１の下方区分４２の一部分は、図４Ａ及び図４Ｂに示されているようにデッキ構造体４１の上方部分と同一の幅のものであって良く又はこれよりも狭くても良いことに注目されたい。

図４Ａに示されているプラットホームと実質的にほぼ同じ４脚式プラットホームに関する一実施形態では、デッキ構造体４１の下方部分４２は、関係式ｈ／Ｌ≦２５％を満たす位置にデッキ構造体の垂直重心４７を定めるのに十分な重量のものであり、この場合、ｈ＝支承体接触箇所の水平面からのデッキ構造体４１の重心の高さであり、Ｌは、隣り合う脚に取り付けられた２つの隔離支承体相互間の最も短い距離に等しい。別の実施形態では、下方デッキ部分４２は、関係式ｈ／Ｌ≦２０％、更に別の実施形態ではｈ／Ｌ≦１０％を満たす位置にデッキ構造体の垂直重心４７を定めるのに十分な重量のままである。図５は、垂直軸線に沿ってプロットされた重心に対して標準化された瞬時垂直加速度ａ_v／ｇと水平軸線に沿ってプロットされた重力に対して標準化された同時水平加速度ａ_v／ｇの組み合わせを示しており、かかる組み合わせにより、質量が一様に分布された状態の４脚式角柱状デッキに関する１本のデッキ脚のところのデッキのアップリフトが生じる。図５のデータは、比ｈ／Ｌの値の範囲についてプロットされており、次の通りであり、即ち、ｈ／Ｌ＝０．０５（曲線５００）、ｈ／Ｌ＝０．１（曲線５０１）、ｈ／Ｌ＝０．２（曲線５０２）、ｈ／Ｌ＝０．３（曲線５０３）、ｈ／Ｌ＝０．４（曲線５０４）である。当業者には理解されるように、水平加速度比がゼロの場合、即ち、ａ_h／ｇ＝０の場合、一重力単位に等しい垂直加速度、例えば、ａ_v／ｇ＝１は、アップリフトを生じさせるのに必要である。しかしながら、ｈ／Ｌの比の値が増大する場合、少なくとも１本のデッキ脚のアップリフトを生じさせるのに必要な上方垂直加速度は、曲線５００〜５０４のずれによって立証されているように同時水平加速度に正比例して減少する。図５に示されているデータは、適用可能な地震設計条件の関数として本発明に従ってプラットホームを設計する際に考慮される情報に特有のものである。

本発明の技術には種々の改造及び変形形態が可能であるが、上述の例示の実施形態は、例示として示されているに過ぎない。再度確認的に理解されるべきこととして、本発明は、本明細書において開示された特定の実施形態に限定されるわけではない。もっとはっきりと言えば、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲に含まれる全ての改造例、均等例及び変形例を含む。

Claims

海洋掘削及び天然資源の産出に用いられる応従性デッキタワーであって、デッキ構造体と、前記デッキ構造体から海底まで延びる下部構造体とを有し、前記下部構造体は、環境に起因する力によって前記下部構造体に加えられるエネルギーから前記デッキ構造体を隔離する連結部によって前記デッキ構造体に連結されている、タワー。
前記連結部は、自在継手を含む、請求項１記載のタワー。
前記連結部は、前記下部構造体内に固定され又は前記下部構造体に固定された１本又は２本以上の細長いビームを含む、請求項１記載のタワー。
前記連結部は、自在継手と、前記下部構造体内に固定され又は前記下部構造体に固定された１本又は２本以上の細長いビームとを含む、請求項１記載のタワー。
前記連結部は、構造用撓み継手を含む、請求項１記載のタワー。
前記下部構造体は、前記海底上のベース構造体まで延びている、請求項１記載のタワー。
前記連結部は、前記デッキと前記下部構造体との間で全体として水平の平面上に配置された１つ又は２つ以上の支承体を含む、請求項１記載のタワー。
前記支承体は、支承体支持フレームに取り付けられている、請求項７記載のタワー。
前記下部構造体は、少なくとも１本の支持脚を有し、前記支承体は、前記少なくとも１本の支持脚の頂部に取り付けられている、請求項７記載のタワー。
下部構造体と、支持構造体の頂部で支持されたデッキとを有する沖合構造物であって、前記デッキ及び前記支持構造体が地震の水平力に応動して互いに対して水平に動くことができるよう前記デッキを前記支持構造体に対して支持する免震構造体を有し、前記デッキは、あらかじめ選択された水平距離を超える前記支持構造体に対する前記デッキの水平運動を阻止するように前記支持構造体に連結されている、沖合構造物。
前記免震構造体は、前記デッキと前記下部構造体との間に設けられた複数個の摩擦支承体を有する、請求項１０記載の沖合構造物。
前記デッキは、前記あらかじめ選択された水平距離を超える前記デッキの側方運動を阻止するために前記下部構造体の上方部分によって拘束されるように位置決めされる下方区分を有する、請求項１０記載の沖合構造物。
前記免震構造体は、前記デッキを支持するようになっており、前記免震構造体は、更に、前記デッキが地震の水平力に応動して前記下部構造体に対し側方に回動することができるようになっており、前記免震構造体は、前記下部構造体に対する前記デッキの水平運動に抵抗する傾向のある垂直偶力を前記デッキに加える手段を有する、請求項１０記載の沖合構造物。
地震による振盪及び震動に対して安定化されると共に補剛されている沖合プラットホームであって、少なくとも１つの水平レベルを含む作業デッキ構造体と、前記作業デッキ構造体に取り付けられた少なくとも１本の関節連結支持脚と、前記少なくとも１本の関節連結支持脚に取り付けられると共に海域の底部に取り付けられ又は海域の底部中に部分的に沈められた下部構造体とを有し、前記少なくとも１本の関節連結支持脚と前記下部構造体との間及びオプションとして前記作業デッキと前記少なくとも１本の関節連結支持脚との間の取り付け箇所は、自在継手又は構造用撓み継手を更に含む、沖合プラットホーム。