JP5349613B2 - 浮遊式海洋構造物 - Google Patents

Description

本発明は、浮遊式（浮体式）海洋構造物に関する。より詳細には、波による上下方向の共振を回避するように構成された浮遊式海洋構造物に関する。

海上に浮遊する状態で試錐（ボーリング）あるいは生産に使用される浮遊式海洋構造物は、波、風、潮流などによる横揺れ（ｒｏｌｌｉｎｇ）、縦揺れ（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）、上下揺れ（ｈｅａｖｉｎｇ）などの動きをする。従って、浮遊式試錐/生産設備の効率を極大化するためには、このような動きを最小化することが求められる。

近年、生産のための浮遊式構造物として、“スパー（ｓｐａｒ）”、“ブイ（ｂｕｏｙｓ）”のように、高さが直径に比べて非常に大きい構造と、“セバン（ＳＥＶＡＮ）”から提案された、高さに比べて直径が非常に大きい構造物が提案されている。このような構造物は、円筒だけでなく、四角形、八角形及びその他の様々な形態で構成されており、水中に浸された構造物の浮力中心（浮心）よりも低い重心により安定性を達成することを目的としている。

高さが直径に比べて非常に大きい構造を有する“スパー（ｓｐａｒ）”や“ブイ（ｂｕｏｙｓ）”のような浮遊式海洋構造物は、船舶と異なって、前後、左右及び上下揺れを最小化するために小さい水線面積（喫水面の横（水平面）断面積）を有する理想的な形状を実現している。しかし、このような浮遊式海洋構造物は形状が長いため、製作や運搬及び設置などに不利であり、また格納機能を有さないという短所がある。

一方、スパーやブイの格納機能などを補うために、高さに比べて直径が大きいシリンダ状の浮遊式海洋構造物(以下、セバン型海洋構造物と言う)が提案された。このようなセバン型海洋構造物は、シリンダ状になっているため、横揺れ及び縦揺れが大きく低減される傾向を示す。

しかし、このようなセバン型海洋構造物は、上下揺れにおいては、格納容量が大きくなるほどシリンダ状の構造物の直径が増加し、これにより水線面積が増加することになる。

これにより、セバン型海洋構造物の上下揺れの固有周期は短くなり、台風や気象異変などにより発生する、１００年以上の繰り返し周期を有する、極限の波の条件における波周期に近づく傾向を示す。このように、セバン型海洋構造物の固有周期が前記波周期に近づくと、共振現象が発生することになり、過大な上下揺れ運動が発生するという問題があった。

また、このような過大な上下揺れ運動を防止するために、セバン型海洋構造物を固定するためには過度な係留システムが要求され、係留システムの設計値以上の上下揺れ運動が発生する場合には、構造物が稼動不能になるという問題も予想された。

一方、従来の船舶形態の海洋構造物は、生産された資源を格納するための複数のカーゴタンクとバラストタンクとを含む。この場合、各タンクの内部には半潜水型ポンプ（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｐｕｍｐ）が設置される。このような半潜水型ポンプは高価の装備であり、特に各タンクあたり必ず一つを備えなければならないため、過度な費用が要求される問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、極限の海上状態での構造物の上下揺れを大きく低減するように構成された浮遊式海洋構造物を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の一側面によれば、海水面の上下方向に延長されたシリンダ状の半潜水式プラットフォームボディを含み、試錐または生産のための浮遊式海洋構造物であって、上記プラットフォームボディにはその横（水平面）断面積を低減させる凹部が形成され、上記凹部は上記プラットフォームボディの外周面に沿って不連続的に形成され、上記プラットフォームボディは、極限の海上状態で上記凹部に喫水線が位置するように潜水深さが調整されることを特徴とする浮遊式海洋構造物が提供される。

この場合、上記凹部が形成された上記プラットフォームボディの外周面には、隣接した上記凹部により規定された凸部が形成されることが可能である。

上記プラットフォームボディはその側部から下部にかけて放射状に配置された複数のバラストタンクを含み、上記凹部及び上記凸部は上記各バラストタンクに形成され、上記各バラストタンクは上記凸部によりその上部及び下部を一直線に連結できる空間を確保することが可能である。

上記凸部は、隣接した上記バラストタンクに連続して配置されてもよい。

上記プラットフォームボディは、放射状に配置された複数のカーゴタンクを含み、上記プラットフォームボディには上下方向に延長された中心部が形成され、上記中心部の下部には、上記バラストタンク内の水をポンピングするためのバラストポンプと、上記カーゴタンク内の貯蔵物をポンピングするためのカーゴポンプとが配置されることができる。

上記プラットフォームボディは、上記中心部の下側に配置された下部バラストタンクを含み、上記下部バラストタンクの上側に位置する上記バラストポンプ及び上記カーゴポンプが上記各バラストタンクの下部及び上記カーゴタンクの底面側に隣接して配置されるように、上記下部バラストタンク及び上記各バラストタンクの間に段差が形成されてもよい。

上記プラットフォームボディは、上記浮遊式海洋構造物の満載喫水線から上記プラットフォームボディの上端部まで横断面積が増加するように形成された拡張部を含むことができる。

上記拡張部は、上記プラットフォームボディの中心船と３０oの角度をなしてもよい。

本発明によれば、プラットフォームボディに横断面積を低減する凹部が形成され、極限の海上状態で浮遊式海洋構造物の喫水線を凹部に位置させることにより、構造物の上下揺れの固有周期を大きくして極限の波による浮遊式海洋構造物の上下方向の共振を避けることができる。

また、各バラストタンクには凸部が形成されることにより、各バラストタンクが凸部により各バラストタンクの上下部を一直線に連結する空間を有することになり、これに関する海上における人命の安全のための国際条約（ＳＯＬＡＳ）を満たすことになる。

また、プラットフォームボディの中心部の下部にバラストポンプ及びカーゴポンプが配置されることにより、ポンプとタンクとを連結するための配管長が最小化になり、空間活用を極大化することができる。また、ポンプの数を適宜水準に調節することで、費用を低減することができる。

本発明の一実施例に係る浮遊式海洋構造物を概略的に示す部分断面図である。 図１のII−IIに沿った断面図である。 図１のIII-IIIに沿った断面図である。 図３のIV-IVに沿った断面図である。 本発明の一実施例に係る浮遊式海洋構造物に含まれたプラットフォームボディの中心部の下部を示す図面である。

以下、本発明による好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するにおいて、同一かつ対応する構成要素は、同一の図面符号を付し、これに対する重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る浮遊式海洋構造物を概略的に示す部分断面図であり、図２は、図１のII-IIに沿った断面図であり、図３は、図１のIII-IIIに沿った断面図であり、図４は、図３のIV-IVに沿った断面図である。

図１を参照すると、本実施例に係る浮遊式海洋構造物１は、石油、天然ガスのような資源を試錐または生産するためのものであって、プラットフォームボディ１０を含む。ここで、試錐または生産される資源は、石油、天然ガスに限らず、炭化水素からなるすべての資源を含む。

プラットフォームボディ１０は、海水面の上下方向に延長されたシリンダ状をなしている。この場合、プラットフォームボディ１０は円形または多角形の横断面を有することができる。プラットフォームボディ１０の上側には、試錐または生産のために必要とされる様々な装備２を搭載することが可能である。

このようなプラットフォームボディ１０を含む浮遊式海洋構造物１における浮力中心は、浮遊式海洋構造物１の重心よりも低い。この場合、プラットフォームボディ１０の横断面が円形であると、その横断面の直径Ｄが潜水深さＴよりも大きい。また、プラットフォームボディの横断面が多角形であると、その横断面の中心から端までの距離が潜水深さよりも大きい。

図１及び図２を参照すると、プラットフォームボディ１０は二重底部及び二重側壁を備える。このような二重底部及び二重側壁は、プラットフォームボディ１０が外部から損傷を受けた場合、プラットフォームボディ１０の内部の貨物が漏れることを防止する。二重底部及び二重側壁により規定される空間はバラストタンクに使用される。

本実施例でプラットフォームボディ１０は、放射状に配置された複数のバラストタンク１６を含む。各バラストタンク１６はプラットフォームボディ１０の側部から下部にかけて形成される。

本実施例でプラットフォームボディ１０は、放射状に配置された複数のカーゴタンク１８を含む。カーゴタンク１８には、プラットフォームボディ１０の上部に搭載される生産設備により生産された石油、天然ガスのような貨物が貯蔵される。

図３を参照すると、プラットフォームボディ１０には凹部１２が形成される。これにより、上下方向に一定した横断面積を維持する傾向のあるプラットフォームボディ１０は、凹部１２の形成された部分では、低減された横断面積を有することになる。

次の式は、一般的なシリンダーの水線面積とシリンダーの上下揺れの固有周期Ｔとの関係を示す。

（ρ：水の密度、ｇ：重力加速度、Ａ_ｗ：水線面積、Ｍ：シリンダーの質量、
Ｍ_ｇ：水中での付加質量)

一般式（１）で分かるように、シリンダーの上下揺れの固有周期はシリンダーの水線面積に反比例することが分かる。この場合、水線面積は喫水線が位置するシリンダーの横断面の面積となる。

したがって、プラットフォームボディ１０の上下揺れの固有周期は、喫水線が凹部１２の形成された図１のIII-IIIに沿った断面に位置する場合が、凹部１２の形成されていない図１のII-IIに沿った断面に位置する場合よりも大きい。このような結果は、プラットフォームボディ１０を含む浮遊式海洋構造物１の場合も同じである。

例えば、浮遊式海洋構造物１は、図１のII-IIに沿った断面に喫水線が位置する場合、極限の海上状態で発生する極限の波の波周期と同一または類似の固有周期を有することができる。

ここで、極限の海上状態とは、浮遊式海洋構造物が浮遊する海上にて統計学的に１００年または１０００年または１００００年に一度発生する極限の波が発生された状態を意味する。

この場合、凹部１２が形成された図１のIII-IIIに沿った断面に喫水線が位置するようにプラットフォームボディ１０の潜水深さを調整すると、プラットフォームボディ１０を含む浮遊式海洋構造物１の上下揺れの固有周期が増加し、極限の波による上下方向の共振を避けることができる。

この場合、凹部１２の形成された横断面の面積は、凹部の形成されていない横断面の面積を基準として極限の波による上下方向の共振を避けることができる程度に低減されなければならない。

本実施例で凹部１２は、プラットフォームボディ１０の外周面に沿って不連続的に形成される。凹部１２が形成されたプラットフォームボディ１０の外周面には、隣接した凹部１２により規定された凸部１４が形成される。

本実施例で凹部１２及び凸部１４は、各バラストタンク１６に形成される。この場合、図１で分かるように、各バラストタンク１６は凹部１２により曲がった空間を有することになる。また、図４で分かるように、各バラストタンク１６は、凸部１４により各バラストタンク１６の上下部を一直線に連結する空間Ｓを有することになる。

海上における人命の安全のための国際条約（ＳＯＬＡＳ）によれば、バラストタンクには人名を救助するためにタンクの上下部を一直線に連結する空間が確保されなければならない。このために、本実施例で各バラストタンク１６に凸部１４が形成され、各バラストタンク１６には上下部を一直線に連結する空間Ｓが形成される。

さらに、凸部１４により各バラストタンク１６の上下部を一直線に連結する空間は、ライザー（ｒｉｓｅｒ）及びタンクの安全性を保障するために必要とされる各種配管を移動させる通路として用いることができる。

このような凸部１４は、図２で分かるように、隣接したバラストタンク１６に連続して配置されることが可能である。

図１を参照すると、本実施例でプラットフォームボディ１０にはプラットフォームボディの上下方向に延長された中心部２０が形成される。この中心部２０には浮遊式海洋構造物１の運用に必要とされる機械装置及び配管ラインが配置される。但し、中心部は、試錐に使用されるライザーまたはその他の設備を収容するためのムーンプールとして用いることもできる。

中心部２０の下部には機械室２２が配置される。機械室２２にはバラストタンク１６内の水をポンピングするためのバラストポンプ２６とカーゴタンク１８内の貯蔵物をポンピングするためのカーゴポンプ２８が配置される。

このような配置は、各ポンプ２６，２８と各タンク１６，１８とを連結するための配管長が最小化になることができ、空間活用を極大化することができる。

この場合、バラストポンプ２６は、バラストタンク１６の数と同数を有する必要はなく、各バラストタンク１６から水をポンピングするための適宜数を有すればよい。

また、カーゴポンプ２８もカーゴタンク１８の個数と同数を有する必要はなく、各カーゴタンク１８から貯蔵物をポンピングするために適宜数を有すればよい。

図５は、本発明の一実施例に係る浮遊式海洋構造物に含まれたプラットフォームボディの中心部の下部を示す図面である。図５を参照すると、本実施例で機械室２２の下側に位置する下部バラストタンク１７とその周辺に配置されたバラストタンク１６との間には段差が形成される。

通常ポンプの容量は、流量と水頭により決定される。このような段差は、機械室２２内部に配置されたバラストポンプ２６及びカーゴポンプ２８をそれぞれバラストタンク１６及びカーゴタンク２８の底面に隣接するように設けて水頭を低下させる。よって、バラストポンプ２６及びカーゴポンプ２８の容量を最小化することができる。

図１を参照すると、本実施例でプラットフォームボディ１０は、浮遊式海洋構造物１の満載喫水線からプラットフォームボディ１０の上端部までの横断面積が増加するように形成された拡張部１９を含む。この場合、拡張部１９はプラットフォームボディ１０の中心線と鋭角をなし、好ましくは３０oの角度をなす。

これにより、プラットフォームボディ１０の上端部は、満載喫水線より下方の部分に比べて広い横断面積を有することになり、プラットフォームボディ１０の上側に搭載する装備２の設置面積が極大化される。この場合、プラットフォームボディ１０の上端部の形状は、搭載装備を設置する場合の便宜性のために円形または多角形であってもよい。

以下、図１を参照して本実施例に係る浮遊式海洋構造物が極限の海上状態に置かれた場合、極限の波による上下方向の共振を避ける過程について説明する。

説明に先立って、喫水線がプラットフォームボディ１０のII-IIに沿った断面(図１参照)及びIII-IIIに沿った断面(図１参照)に位置する場合、当該断面の横断面積による浮遊式海洋構造物１の上下揺れの固有周期がそれぞれ１８秒及び２０秒であると仮定する。

また、浮遊式海洋構造物１が浮遊する地域は、一般的な海上状態では周期が１６秒の波が発生し、極限の海上状態では周期が１８秒の極限の波が発生すると仮定する。

先ず、喫水線がプラットフォームボディ１０のII-IIに沿った断面(図１参照)に位置し、浮遊式海洋構造物１が通常の海上状態で浮遊する場合、浮遊式海洋構造物１の上下揺れの固有周期は１８秒であり、波周期は１６秒となる。これにより、浮遊式海洋構造物１には上下方向の共振が発生しない。

以後、浮遊式海洋構造物１が浮遊する地域の海上状態が悪くなって極限の海上状態になり、浮遊式海洋構造物１がII-IIに沿った断面(図１参照)に喫水線をそのまま維持すると、浮遊式海洋構造物１の上下揺れの固有周期と極限の波の波周期とが１８秒として一致し、浮遊式海洋構造物１に上下方向の共振が発生し得る。

このような上下方向の共振を避けるために、浮遊式海洋構造物１は極限の海上状態に置かれる前に、III-IIIに沿った断面(図１参照)に喫水線が位置するように潜水深さが調整される。

この場合、凹部の形成されたIII-IIIに沿った断面(図１参照)がII-IIに沿った断面に比べて、横断面積が低減するので、浮遊式海洋構造物１の上下揺れの固有周期は１８8秒から２０秒に増加し、極限の波の固有周期である１８秒とは異なるようになる。よって、浮遊式海洋構造物１には上下方向の共振が発生しないことになる。

以上で、本発明の実施例について説明したが、本発明の思想は本明細書に提示された実施例に制限されることはなく、本発明の思想を理解する当業者は同一思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などを行うことにより他の実施例を容易に提案できるが、これも本発明の思想範囲内に属するといえる。

Claims (7)

1. 海水面の上下方向に延長されたシリンダ状の半潜水式プラットフォームボディを含み、試錐または生産のための浮遊式海洋構造物であって、
   前記プラットフォームボディは、その横断面積を低減させる凹部と、
   前記凹部の形成された前記プラットフォームボディの外周面に形成され、前記凹部により規定された凸部と、
   その側部から下部にかけて放射状に配置された複数のバラストタンクと、を含み、
   前記凹部は、前記プラットフォームボディの外周面に沿って不連続的に形成され、
   前記プラットフォームボディは、前記凹部に喫水線が位置するように潜水深さが調整され、
   前記凹部及び前記凸部は、前記各バラストタンクに形成されることを特徴とする浮遊式海洋構造物。
2. 前記各バラストタンクは、前記凸部によりその上部及び下部を一直線に連結することができる空間を確保することを特徴とする請求項１に記載の浮遊式海洋構造物。
3. 前記凸部は、隣接した前記バラストタンクに連続して配置されることを特徴とする請求項２に記載の浮遊式海洋構造物。
4. 前記プラットフォームボディは、放射状に配置された複数のカーゴタンクを含み、
   前記プラットフォームボディには、上下方向に延長された中心部が形成され、
   前記中心部の下部には、前記バラストタンク内の水をポンピングするためのバラストポンプと前記カーゴタンク内の貯蔵物をポンピングするためのカーゴポンプとが配置されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の浮遊式海洋構造物。
5. 前記プラットフォームボディは、前記中心部の下側に配置された下部バラストタンクを含み、
   前記下部バラストタンクの上側に位置する前記バラストポンプ及び前記カーゴポンプが前記各バラストタンクの下部及び前記カーゴタンクの底面側へ隣接配置することができるように、前記下部バラストタンク及び前記各バラストタンクの間に段差が形成されることを特徴とする請求項４に記載の浮遊式海洋構造物。
6. 前記プラットフォームボディは、前記浮遊式海洋構造物の満載喫水線から前記プラットフォームボディの上端部まで横断面積が増加するように形成された拡張部を含むことを特徴とする請求項５に記載の浮遊式海洋構造物。
7. 前記拡張部は、前記プラットフォームボディの中心線と３０度の角度をなすことを特徴とする請求項６に記載の浮遊式海洋構造物。