WO2014103557A1 - 浮体構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】流氷のような浮遊物の衝突による揺動及び破損を抑制できる浮体構造物を提供する。 【解決手段】海底に固定された係留索４０と接続されている円筒状のターレット部１０と、ターレット部１０の側壁の周りで回転する中空の円柱状又は中空の多角柱状の浮体部２０とを備え、浮体部２０は、海底の側に設けられた、外周が円形又はｎ個（ただし、ｎは５以上の整数）の頂点を有する多角形の第１面と、第１面と平行に設けられた、外周が第１面と同等の形状の第２面と、第１面の外周部と第２面の外周部とを接続する側壁部２３と、第１面及び第２面の中央部を貫通し、ターレット部１０を収容するターレット収容部２４とを有する。

Description

浮体構造物

　本発明は、海上に設置され、石油及び天然ガスの掘削や生産など、資源を開発するための設備を搭載、収容する浮体構造物に関する。

　従来、海底に固定された係留索に接続されたターレットが設けられた、船型の浮体構造物が知られている。従来の浮体構造物においては、波、海流及び風などの外力が浮体構造物に加わると、船型の浮体構造物がターレットに対して旋回することにより浮体構造物の揺動を抑制することができる（例えば、特許文献１を参照）。

　また、海底に固定された係留索に接続された筒状体に対して回転することができるお椀形状の断面を有する浮体構造物も知られている。当該浮体構造物においては、氷海を浮遊する流氷が衝突した時に生じる外力に応じて浮体構造物が回転することにより、流氷の衝突による衝撃を緩和することができる（例えば、特許文献２を参照）。

特開平１１－３２１７８０号公報 特開昭５８－１８０３９４号公報

　従来の船型の浮体構造物においては、波、海流及び風などの外力が加わる向きに船首を向けることにより、浮体構造物の揺動を抑制することができる。しかし、波、海流及び風から受ける力の方向がそれぞれ異なる場合には、いずれかの外力が浮体構造物の側面に加わるときがある。例えば、海流及び風を考慮して船首の向きを決めた場合に船体の横側から波を受けると、浮体構造物は不安定となり、大きく揺動してしまうという問題があった。

　お椀形状の断面を有する浮体構造物においては、船型と異なり、方向性が存在しないため、側面から外力を受けても甚だしく不安定となることはなく、浮体構造物が大きく揺動するという問題は生じにくい。しかし、お椀形状の浮体構造物を氷海で用いると、漂流している流氷が浮体構造物の下部に入り込みやすい。その結果、浮体構造物の下部に設けられたライザー管又は係留索に流氷が衝突することにより、ライザー管又は係留索が破損しやすいという問題があった。
　また、転覆するような甚だしい不安定さは無いものの、一旦動揺し始めると、喫水線下で海水の抵抗が少ないため、動揺が減衰しにくいという問題があった。

　そこで、本発明はこれらの点を鑑みてなされたものであり、氷海のような厳しい海象下においても安定し、流氷のような浮遊物の衝突による揺動及び破損を抑制できる浮体構造物を提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様においては、海底に固定された係留索と接続されている円筒状のターレット部と、ターレット部の側壁の周りで回転する中空の円柱状又は中空の多角柱状の浮体部とを備え、浮体部は、海底の側に設けられた、外周が円形又はｎ個（ただし、ｎは５以上の整数）の頂点を有する多角形の第１面と、第１面と平行に設けられた、外周が第１面と同等の形状の第２面と、第１面の外周部と第２面の外周部とを接続する側壁部と、第１面及び第２面の中央部を貫通し、ターレット部を収容するターレット収容部とを有する浮体構造物を提供する。

　上記のターレット部は、浮体部の第１面よりも海底に近い位置に設けられた、係留索を接続する係留索接続部を有してもよい。さらに、上記のターレット部は、第１面よりも海底に近い位置において、浮体部を貫通する部分から突出した板状の係留索保護部を有し、係留索は、係留索保護部の海底に近い側の面に設けられていてもよい。

　上記の浮体部は、喫水線よりも海底に近い位置に設けられた突出部をさらに有してもよい。また、上記の浮体部は、ターレット部に対して回転する推進力を発生する回転推進部をさらに有してもよい。さらに、上記の浮体部は、側壁部に斜め方向に形成された突起部をさらに有してもよい。

　上記の浮体部は、液体を収容する収容部と、収容部を複数の領域に分割する複数の隔壁とを有してもよい。上記の浮体部は、複数の同一形状の浮体ブロックを有してもよい。

　本発明によれば、流氷のような浮遊物の衝突による揺動及び破損を抑制することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る浮体構造物の断面図である。 浮体部が円柱形状である場合の浮体部の喫水線における断面図である。 浮体部が８角柱形状である場合の浮体部の喫水線における断面図である。 第２の実施形態に係る浮体構造物の断面図である。 第３の実施形態に係る浮体部の側面図である。 第４の実施形態に係る浮体構造物の喫水線における断面図である。 第４の実施形態に係る浮体構造物の喫水線における断面図の他の例を示す図である。 氷の衝突方向と浮体部を回転させる向きとの関係を示す図である。 浮体ブロックの一例を示す図である。 第７の実施形態に係る浮体構造物の断面図である。

＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態に係る浮体構造物１００の断面図である。浮体構造物１００は、ターレット部１０及び浮体部２０を備える。浮体構造物１００には、ターレット部１０を貫通し、海底から石油を汲み上げるライザー管５０が設けられている。浮体部２０には、石油を生産するための設備を収容するやぐらを備えた設備収容部６０が設けられている。

　ターレット部１０は、一端が海底に固定され、他端がターレット部１０に接続された係留索４０－１、４０－２（以下、係留索４０という）と接続され、浮体部２０に対して回転する円筒形状の物体である。浮体部２０は、ターレット部１０の側壁の周りで回転する中空の円柱状又は中空の多角柱状の物体である。浮体部２０が円柱状又は多角柱状をしているので、浮体部２０がお椀形状をしている場合に比べて、浮体部２０に衝突した流氷ａの破片が浮体部２０の下部に潜り込みにくい。

　浮体部２０は、第１面２１、第２面２２、側壁部２３及びターレット収容部２４を有する。第１面２１は、海底の側に設けられた、外周が円形又はｎ個（ただし、ｎは５以上の整数）の頂点を有する多角形の面である。第２面２２は、第１面２１と平行に設けられた、外周が第１面２１と同等の形状の面である。側壁部２３は、第１面２１の外周部と第２面２２の外周部とを接続する側面である。第１面２１及び第２面２２の中央部分には、ターレット部１０が貫通する円形の中空部が形成されており、浮体部２０は、ドーナツ形状をしている。

　第１面２１及び第２面２２の外周が多角形である場合には、流氷ａが衝突したときに側壁部２３に直交する方向に加わる応力を緩和するべく、全ての頂角が９０°よりも大きな多角形であることが好ましい。したがって、第１面２１及び第２面２２は、頂点が５個以上の正多角形であることが好ましい。すなわち、第１面２１及び第２面２２がｎ個（ｎは５以上の整数）の頂点を持つ多角形である場合に、ｎが大きいほど好ましく、第１面２１及び第２面２２が円形であることがさらに好ましい。

　ターレット収容部２４は、第１面２１及び第２面２２の中央部を貫通し、ターレット部１０を収容する円柱形状の中空部である。ターレット収容部２４には、ターレット部１０と浮体部２０との間に複数のベアリング２５が設けられている。ターレット部１０と浮体部２０との間に複数のベアリング２５が設けられていることにより、浮体部２０に流氷ａが衝突して応力が加わったときに、浮体部２０はターレット部１０に対して自在に回転することができるので、浮体部２０に加わる応力を緩和することができる。

　ターレット部１０は、浮体部２０を貫通する円筒形状の部分の両端に、円筒形の部分から水平方向に突出した板状の係留索保護部１１及び係止部１２を有する。
　係留索保護部１１は、第１面２１よりも海底に近い位置に設けられている。係留索保護部１１の海底に近い側の面には、係留索４０を接続するための複数の係留索接続部１３－１、１３－２（以下、係留索接続部１３という）が設けられている。複数の係留索４０の一端は、複数の係留索接続部１３のうちのいずれかに接続され、他端は海底に固定されている。

　係止部１２は、第２面２２よりも海底から遠い位置に設けられている。係止部１２と浮体部２０の第２面２２との間には複数のベアリング２６が設けられており、係止部１２は第２面２２の上で自在に回転する。

　係留索保護部１１の外周面は、ターレット部１０の円筒形状の部分の外周よりも外側で、側壁部２３よりも内側に設けられている。係留索保護部１１の直径をターレット部１０の円筒形状の直径よりも大きくすることにより、係留索保護部１１の外周面と係留索接続部１３との距離を大きくすることができるので、流氷ａが係留索保護部１１の近傍に侵入した場合であっても、流氷ａが係留索接続部１３に接続された係留索４０に衝突することを防ぐことができる。

　図２Ａは、浮体部２０が円柱形状である場合の浮体部２０の喫水線における断面図である。浮体部２０が円柱形状をしている場合には、流氷ａが側壁部２３に衝突した場合に浮体部２０に加えられる応力の方向が、側壁部２３に直交する方向に一致する確率が小さい。流氷ａによる応力の方向が側壁部２３に直交する方向に一致していない場合には、応力の一部は、浮体部２０を回転させる力に変換されるので、側壁部２３に直交する方向に加わる応力を緩和することができる。したがって、浮体部２０が多角柱状又は円柱状である場合には、衝突による浮体部２０の揺動又は破壊を防ぐとともに、係留索４０に加わる力を減殺することができる。

　図２Ｂは、浮体部２０が８角柱形状である場合の浮体部２０の喫水線における断面図である。図２Ｂに示した浮体部２０においても、側壁部２３のうち平行な面の大きさが、一般的な船舶の側面の大きさよりも小さいので、側壁部２３に直交する方向に流氷ａが衝突する確率が船舶に比べて小さい。流氷ａが、側壁部２３に直交する方向以外の方向に衝突する場合には、応力の一部が、浮体部２０を回転させる力に変換されるので、応力を緩和することができる。

　以上のとおり、第１の実施形態に係る浮体構造物１００によれば、浮体部２０が多角柱状又は円柱状をしているので、流氷ａが衝突したときに発生する流氷ａの破片が浮体部２０の下に入り込みにくい。また、浮体部２０が多角柱状又は円柱状をしていることにより、流氷ａが衝突した時の応力の一部を、浮体部２０を回転させる力に変換させることができるので、流氷ａが衝突した場合に生じる、側壁部２３に直交する方向の力を緩和することができる。
　また、動揺時に側壁部２３および、第１面２１による抵抗が生じるため、動揺が減衰しやすく、結果としてお椀型よりも動揺を小さくすることが容易になる。

　また、流氷ａの衝突によって浮体部２０を回転させる力が生じても、ターレット部１０と浮体部２０との間にベアリング２５及びベアリング２６が設けられているので、ターレット部１０と浮体部２０との間の摩擦が十分に小さく、ターレット部１０が回転しない。したがって、ターレット部１０に接続された係留索４０に加えられる、側壁部２３に直交する方向の力と回転方向の力とを抑制することができる。その結果、本実施形態に係る浮体構造物１００は、ターレット部１０及び浮体部２０の移動、揺動又は破壊を防ぐことができる。

＜第２の実施形態＞
　図３は、第２の実施形態に係る浮体構造物１００の断面図である。図３に示す浮体構造物１００は、浮体部２０が、喫水線よりも海底に近い位置に設けられた突出部２７をさらに有する点で、図１に示した浮体構造物１００と異なり、他の点で同じである。浮体部２０が突出部２７を有することにより、衝突した流氷ａの破片が喫水線よりも下に潜り込みにくくなるので、流氷ａの破片が係留索４０に衝突することを防ぐことができるとともに、動揺時には突出部により発生する海水からの抵抗により、より一層大きな動揺減衰性能を得ることが可能になる。

　一例として、突出部２７の外周は、浮体部２０の直径よりも大きい円形である。浮体部２０が多角柱形状である場合には、突出部２７の外周は、浮体部２０の外周の多角形よりも各辺が長い多角形の形状である。

　突出部２７の反発係数は、側壁部２３の反発係数よりも小さい方が好ましい。すなわち、突出部２７の形成材料が側壁部２３の形成材料と異なり、突出部２７は側壁部２３よりも柔らかいことが好ましい。流氷ａは、側壁部２３に衝突する前に突出部２７に衝突するので、突出部２７が柔軟性を有する場合には、流氷ａが浮体部２０に衝突したときの衝撃が突出部２７によって吸収される。その結果、流氷ａが側壁部２３にまで到達したとしても、浮体部２０に与える衝撃が緩和される。

＜第３の実施形態＞
　図４は、第３の実施形態に係る浮体部２０の側面図である。図４に示す浮体部２０は、側壁部２３に斜め方向に形成された突起部２８をさらに有する点で、図１に示した浮体部２０と異なり、他の点で同じである。突起部２８は、例えば、側壁部２３に沿って螺旋状に形成されている。

　円柱形の浮体部２０の周りを海水が流れると、浮体部２０の下流側にカルマン渦が発生する。カルマン渦は、浮体部２０の下流側において、浮体部２０の中心を通る、海水の流れる方向と同じ方向の直線（以下、中心線という）の左右で発生する。カルマン渦が中心線の左右で交互に発生すると、浮体部２０を中心線に対して右側に傾ける揚力と、中心線に対して左側に傾ける揚力とが交互に発生することにより浮体部２０が振動し、浮体部２０の上に設けられている設備収容部６０が揺動するとともに、係留索４０にストレスがかかる。

　浮体部２０が突起部２８を有することにより、中心線の右側と左側とでカルマン渦が発生する位置が中心線に対して非対称になったり、水深方向におけるカルマン渦が発生する位置がランダムになったりする。その結果、浮体部２０の周囲にカルマン渦が発生する位置を、水平方向及び垂直方向ともにランダムにすることができるので、渦の発生による浮体部２０の揺動を抑制することができる。このように、本実施形態に係る浮体部２０によれば、浮体部２０が突起部２８を有することにより、生産設備の揺動を防ぎ、係留索４０にかかるストレスを軽減することができる。

　なお、図４においては、突起部２８が螺旋状に形成されている場合を示している。突起部２８が螺旋状であることにより、海水の流れる方向によらず、中心線の右側と左側とで突起部２８の形状が異なるので、振動を抑制する効果が大きい。しかし、突起部２８の形状は螺旋状以外の形状であってもよい。例えば、浮体部２０は、それぞれ角度が異なる斜め方向の複数の突起部２８を複数有してもよい。浮体部２０がこのような複数の突起部２８を有することにより、突起部２８が螺旋状である場合と同様に、中心線の右側と左側とで海水の流れる方向が変化し、カルマン渦が発生する位置を、中心線の右側と左側とで異ならせることができる。その結果、浮体部２０の揺動を抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
　図５は、第４の実施形態に係る浮体構造物１００の喫水線における断面図である。図５に示した浮体部２０は、側壁部２３の内側の空間に、バラスト水及び石油などの液体を収容する収容部が形成されている。図５に示した浮体部２０は、浮体部２０の収容部を複数の収容室３０に分割する複数の隔壁２９を有する点で、図１に示した浮体部２０と異なり、他の点で同じである。

　複数の隔壁２９は、例えば、浮体部２０の中心点と側壁部２３とを結ぶ方向に設けられている。複数の隔壁２９は等間隔に、偶数個が設けられていることが好ましい。浮体部２０が、偶数個の隔壁２９を有する場合には、浮体部２０の中心点に対して点対称の位置に同じ形状の収容室３０が設けられる。したがって、点対称の位置に設けられた複数の収容室３０に同じ重量の液体を入れることにより、浮体部２０を水平に維持することができる。

　図５に示す浮体部２０は、各収容室を複数の領域に分割する分離壁３３をさらに有する。それぞれの収容室３０は、分離壁３３により、バラスト水を収容する第１収容室３１と、生産された石油を収容する第２収容室３２とに分けられる。

　図６は、第４の実施形態に係る浮体構造物１００の喫水線における断面図の他の例を示す図である。図６に示した浮体部２０は、図５に示した浮体部２０よりも多くの隔壁２９を有する代わりに、分離壁３３を有しない。図６に示した浮体部２０は、８つの隔壁２９により８つの収容室３０を有する。浮体部２０は、複数の収容室３０に、バラスト水と石油とを順番に収容することができる。例えば、バラスト水を収容する収容室３０の両側に隣接する収容室３０に石油を収容することにより、浮体部２０は、水平バランスを維持しつつ、石油を収容することができる。

　以上のとおり、第４の実施形態に係る浮体構造物１００によれば、浮体部２０の内部に設けられた隔壁２９により形成された複数の収容室３０にバラスト水及び石油を収容することができるので、浮体部２０の水平方向のバランスを維持しながら、生産された石油を収容することができる。

＜第５の実施形態＞
［浮体部２０が回転推進部を有する］
　上記の実施形態においては、流氷ａが衝突した時の衝撃により浮体部２０が回転することで、衝突により生じる応力を緩和するという構成について説明した。流氷ａが衝突した時の衝撃をさらに緩和するために、浮体構造物１００は、浮体部２０を回転させる回転推進部をさらに有してもよい。回転推進部は、例えば、第１面２１に設けられた複数のスラスタである。それぞれのスラスタは、例えばスクリューを有する。複数のスラスタは、第１面２１に等間隔に設けられていることが好ましい。

　具体的には、浮体構造物１００は、流氷ａが衝突したことを検出すると、流氷ａの衝突による応力を緩和する向きに浮体部２０を回転させる。
　図７は、流氷ａの衝突方向と浮体部２０を回転させる向きとの関係を示す図である。回転推進部は、流氷ａと浮体構造物１００の中心点とを結ぶ方向に対して流氷ａが衝突した向きと同じ向きに浮体部２０を回転させる。例えば、浮体部２０は、浮体部２０の加速度を検出する加速度センサを備え、流氷ａの衝突により生じた浮体部２０の回転方向を検出する。回転推進部は、流氷ａの衝突により生じた浮体部２０の回転方向に、さらに浮体部２０を回転させる。

　浮体構造物１００は、近づいてくる流氷ａの移動方向を検出する画像センサを有してもよい。回転推進部は、当該画像センサが検出した流氷ａの移動方向に基づいて、流氷ａが浮体部２０に近づいてきた向きを検出し、検出した向きに基づいて浮体部２０を回転させる方向を決定してもよい。回転推進部は、画像センサが検出した流氷ａの大きさに基づいて、浮体部２０を回転させる速度を制御してもよい。例えば、回転推進部は、流氷ａが大きければ大きいほど回転速度を大きくする。

　以上のとおり、浮体構造物１００が回転推進部を有し、流氷ａのような浮遊物の移動方向又は大きさに従って浮体部２０を回転させることにより、流氷ａの衝突により側壁部２３に直交する方向に生じる応力をさらに緩和することができる。

＜第６の実施形態＞
［浮体部２０が複数のブロックから構成される］
　上記の実施形態においては、浮体部２０が一体の構造をしていた。これに対して、浮体部２０が、複数の浮体ブロック７０により構成されていてもよい。
　図８は、浮体ブロック７０の一例を示す図である。図８に示した浮体ブロック７０は、扇形の底面を有する扇形底面体である。複数の浮体ブロック７０は、ターレット部１０を囲むように互いに接合され、浮体部２０を構成する。

　以下、複数の浮体ブロック７０を用いて浮体構造物１００を製造する方法を説明する。
　まず、ターレット部１０を組み立て、ターレット部１０の側面にベアリング２５を取り付ける。次に、順次、ベアリング２５の外側に複数の浮体ブロック７０を配置する。続いて、隣接する浮体ブロック７０を互いに接合する。以上の手順で浮体構造物１００を組み立てることにより、浮体部２０が、船舶を製造するドックに入らない大きさである場合であっても、ドックにおいてターレット部１０及び複数の浮体ブロック７０を組み立てた後に、ドックの外で複数の浮体ブロック７０を接合することにより、浮体構造物１００を製造することができる。

＜第７の実施形態＞
［ターレット部１０の上に生産設備を設ける］
　図９は、第７の実施形態に係る浮体構造物１００の断面図である。上記の実施形態においては、設備収容部６０が浮体部２０の上に設けられていた。これに対して、本実施形態に係る浮体構造物１００においては、設備収容部６０がターレット部１０の係止部１２の上に設けられている。図９に示すターレット部１０においては、浮体部２０の第２面２２を覆う係止部１２の面積が、図１に示した係止部１２の面積よりも大きい。具体的には、係止部１２は、浮体部２０の直径とほぼ同じで、浮体部２０の直径よりも小さい直径を有する円形をしている。

　上記のとおり、本実施形態に係る浮体構造物１００は、ターレット部１０の上に、設備収容部６０を設けるための十分な領域を確保することができる。さらに、本実施形態に係る浮体構造物１００によれば、設備収容部６０が、係留索４０によって海底に固定されているターレット部１０の上に設けられているので、流氷ａが衝突した場合であっても、設備収容部６０が回転しない。したがって、本実施形態に係る浮体構造物１００によれば、設備収容部６０に収容されている生産設備に与える揺動を抑制することができる。

　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・・ターレット部、１１・・・係留索保護部、１２・・・係止部、１３・・・係留索接続部、２０・・・浮体部、２１・・・第１面、２２・・・第２面、２３・・・側壁部、２４・・・ターレット収容部、２５・・・ベアリング、２６・・・ベアリング、２７・・・突出部、２８・・・突起部、２９・・・隔壁、３０・・・収容室、３１・・・第１収容室、３２・・・第２収容室、３３・・・分離壁、４０・・・係留索、５０・・・ライザー管、６０・・・設備収容部、７０・・・浮体ブロック、１００・・・浮体構造物

Claims (8)

1. 　海底に固定された係留索と接続されている円筒状のターレット部と、
   　前記ターレット部の側壁の周りで回転する中空の円柱状又は中空の多角柱状の浮体部と
   　を備え、
   　前記浮体部は、
   　前記海底の側に設けられた、外周が円形又はｎ個（ただし、ｎは５以上の整数）の頂点を有する多角形の第１面と、
   　前記第１面と平行に設けられた、外周が前記第１面と同等の形状の第２面と、
   　前記第１面の外周部と前記第２面の外周部とを接続する側壁部と、
   　前記第１面及び前記第２面の中央部を貫通し、前記ターレット部を収容するターレット収容部と
   　を有する浮体構造物。
2. 　前記ターレット部は、前記第１面よりも前記海底に近い位置に設けられた、前記係留索を接続する係留索接続部を有する請求項１に記載の浮体構造物。
3. 　前記ターレット部は、前記第１面よりも前記海底に近い位置において、前記浮体部を貫通する部分から突出した板状の係留索保護部を有し、前記係留索は、前記係留索保護部の前記海底に近い側の面に設けられている請求項２に記載の浮体構造物。
4. 　前記浮体部は、喫水線よりも前記海底に近い位置に設けられた突出部をさらに有する請求項１から３のいずれか一項に記載の浮体構造物。
5. 　前記浮体部は、前記ターレット部に対して回転する推進力を発生する回転推進部をさらに有する請求項１から４のいずれか一項に記載の浮体構造物。
6. 　前記浮体部は、前記側壁部に斜め方向に形成された突起部をさらに有する請求項１から５のいずれか一項に記載の浮体構造物。
7. 　前記浮体部は、
   　液体を収容する収容部と、
   　前記収容部を複数の領域に分割する複数の隔壁と
   　をさらに有する請求項１から６のいずれか一項に記載の浮体構造物。
8. 　前記浮体部は、複数の同一形状の浮体ブロックを有する請求項１から７のいずれか一項に記載の浮体構造物。

Images