專利名稱：具有細(xì)長水平拉桿的動態(tài)定位的半潛水鉆探船的制作方法
相關(guān)申請引用本申請是我們于1998年5月1日提交的題目為“動態(tài)定位的半潛水鉆探船”的待審申請09/071,528的部分繼續(xù)申請，該待審申請的全部內(nèi)容包含于本文以做參考。
最近幾年以來，鉆探作業(yè)在日益遠(yuǎn)離海岸線的地方進(jìn)行，海上生產(chǎn)或鉆探設(shè)備放置在經(jīng)常是苛刻氣候條件之下。在這種環(huán)境中，尤其重要的一點(diǎn)是要有穩(wěn)定的漂浮設(shè)備用于支持礦產(chǎn)勘探和生產(chǎn)作業(yè)，以及為船員提供生活條件和存放必要的設(shè)備。在超過7500英尺的深水中，相對固定的底部錨定結(jié)構(gòu)來說，配置有浮體的半潛水船變得尤為有利。
半潛水船的設(shè)計采用了浮動潛水箱，或下船體，它支撐多個豎直延伸的立柱，潛水箱的上部承載一個工作平臺。某些半潛水船可以有單個沉箱，或立柱，通常表示為一個浮體，而其他的則采用三個或更多從浮動潛水箱向上伸出的立柱。
在許多這種結(jié)構(gòu)中，立柱之間使用豎直或?qū)抢瓧U，拉桿對船的水線面面積有影響。拉桿通常制成為其直徑小于立柱直徑，因而更加易受環(huán)境和機(jī)械損壞的影響。如果相連接的拉桿受損，那么將危及整個結(jié)構(gòu)。
單拉桿結(jié)構(gòu)的一個例子披露在美國專利4,436,050，該專利于1984年3月13日公布，授予Hadar Liden，題目是“半潛水船”。該‘050專利公開了一種兩個潛水箱四個立柱的結(jié)構(gòu)，其中一對立柱安裝在對應(yīng)的水下船體或潛水箱上。一個橫向水平牽條安裝在水下船體兩端上的每對立柱之間?！?50專利設(shè)計的目的是簡化結(jié)構(gòu)和減小水流阻力。然而，當(dāng)作用在四個立柱上的鋪展力較高以及由潛水箱橫向彎曲施加在立柱上的扭矩趨向于沿當(dāng)時風(fēng)力和波浪作用力方向扭曲立柱結(jié)構(gòu)時，很小數(shù)量的拉桿益處不大。
還有許多除水平牽條外還使用對角拉桿的半潛水船的設(shè)計。這些有助于加強(qiáng)平臺的支撐結(jié)構(gòu)同時抵抗海浪的破壞性作用力。其中一些采用對角拉桿的設(shè)計披露在美國專利4,232,625(Goren)和4,281,615(Wilson等)中。對角拉桿的一個缺點(diǎn)在于船的水線面面積的增大，這不利地影響船的重量、波浪阻力和總成本。
設(shè)計半潛水船時另外需要考慮的是船對由波浪引起的起伏和搖晃運(yùn)動的抵抗能力。船必須具有足夠的穩(wěn)定性以經(jīng)得起波浪運(yùn)動從而能夠安全地進(jìn)行礦產(chǎn)勘探和生產(chǎn)作業(yè)。
在強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)浪在一整年都普遍發(fā)生的苛刻的環(huán)境中這種考慮尤為重要。本發(fā)明旨在設(shè)計一種尤其適用于惡劣環(huán)境中的半潛水船，它具有改進(jìn)的安全特性和高度可操作性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有有限數(shù)量的拉桿以確保極小地增加水線面面積，同時抵抗作用在支撐立柱上的鋪展力和扭矩作用力的半潛水船。
本發(fā)明的這些和其他目的通過設(shè)計一種用于特別苛刻的環(huán)境中的半潛水船而得以實(shí)現(xiàn)。該船包括一對平行的潛水箱，其中潛水箱主要為矩形結(jié)構(gòu)，并且被分成多個獨(dú)立隔箱。四個立柱或沉箱安裝在潛水箱上，并且垂直延伸用以支撐適于進(jìn)行礦產(chǎn)勘探或生產(chǎn)作業(yè)的海上平臺的上甲板。
兩對平行的拉桿橫向固定在潛水箱之間，一對平行的水平拉桿位于后立柱之間，另一對平行的水平拉桿位于前立柱之間，拉桿一般垂直于長形潛水箱的縱軸延伸。由于船不需要對角拉桿來加強(qiáng)支撐立柱結(jié)構(gòu)，所以船具有較小的水線面面積，并且水平拉桿具有較小的直徑。
水平拉桿提供立柱扭曲的固定性，其中立柱扭曲是由于下船體潛水箱因波浪和水流作用力在前和后立柱之間橫向彎曲而產(chǎn)生的。因?yàn)椴捎昧司哂休^低橫向彎曲慣性的更加緊湊的拉桿構(gòu)件，因尾舷方向海水引起的橫向二次彎曲得以減小。船沒有采用對角拉桿，從而保持水線面面積最小。
除了增大對作用在立柱上的鋪展力和扭曲力的抵抗能力，水平拉桿還提供一定的冗余——如果其中一個拉桿損壞，則第二個拉桿承擔(dān)起緊固該對立柱的負(fù)載直到修好受損的拉桿。
每個水平拉桿設(shè)置有內(nèi)部“冗余”特性——它們包含兩個獨(dú)立的不漏水的隔箱。一個隔板將橢圓形截面的拉桿分成兩個獨(dú)立的部分，以便即使當(dāng)一個隔箱壁的結(jié)構(gòu)完整性因波浪運(yùn)動或物理物體撞擊拉桿而受到危害時仍保持船的穩(wěn)定性。以此方式，在惡劣的環(huán)境事件時，即使當(dāng)隔箱壁一部分受損，第二個潛水箱隔箱將幫助保持結(jié)構(gòu)性能。
船利用安裝在潛水箱上的動態(tài)定位推進(jìn)器組件系泊在某個位置。推進(jìn)器組件在潛水箱下延伸，同時一個獨(dú)立地驅(qū)動一個對應(yīng)的推進(jìn)器組件的電機(jī)安裝在潛水箱內(nèi)的一個推進(jìn)器艙室內(nèi)。潛水箱內(nèi)的推進(jìn)器艙室之間的一個通道允許接近推進(jìn)器組件，同時該通道在船的作業(yè)吃水深度以上的一個高度處與平臺連通。
為了減小由波浪運(yùn)動引起的尾傾作用力，立柱和潛水箱體設(shè)置有外凸的圓形角部。這種設(shè)計減小了當(dāng)系泊或移動船時所傳遞過來的尾傾作用力。潛水箱體具有隔箱用于存放壓艙物、鉆制用水和其他必要的補(bǔ)給品。
立柱或沉箱容放備用泥漿桶、壓艙物桶、通風(fēng)源和其他機(jī)器和設(shè)備。一個集成的箱式甲板結(jié)構(gòu)存放鉆孔和船舶通信業(yè)務(wù)設(shè)備、發(fā)電設(shè)施、液體泥漿和其他各種各樣的物品的儲存裝置。住艙和服務(wù)設(shè)施也安裝在平臺上。
圖2是本發(fā)明的船的外側(cè)輪廓圖。
圖3是用于本發(fā)明的船的水平拉桿的橫截面圖。
圖4是本發(fā)明的半潛水船的船首的正視圖。
圖5是本發(fā)明的船的船尾的正視圖。
圖6是船的右舷外側(cè)部分的縱向截面圖。
圖7是構(gòu)成本發(fā)明的船的一部分的立柱的正視圖。
圖8是潛水箱內(nèi)部的示意圖，示出壓艙物隔箱。
立柱20、22、24和26的上部支撐有一個平臺30，用于支撐礦產(chǎn)勘探和生產(chǎn)作業(yè)。如圖2所示，立柱20-26的部分以及潛水箱12和14潛入水下至一個作業(yè)吃水深度32，同時立柱20-26的上部和平臺30升高到超過具體位置的最大預(yù)期水波的高度。潛水箱12和14中的壓艙物腔室提供必要的空間以放入壓艙物，例如海水，以便部分地潛入該結(jié)構(gòu)。
作業(yè)吃水深度32通常比存活吃水深度34(圖2)高15到25英尺。當(dāng)船10遭遇特別苛刻的條件時，波浪和靜水力作用在潛水箱和立柱上，導(dǎo)致船10豎直地有角度地移動，使船受到波浪的起伏和傾斜運(yùn)動的影響。
起伏和傾斜或搖晃運(yùn)動起因于波浪作用在潛水箱和立柱上。這些導(dǎo)致船豎直地有角度地移動的作用力導(dǎo)致船相對于船10的軸線36的垂線漂移。船10的有角度的移動是慣性力和靜水力的反作用。
如

圖1、4和5所示，基本上平行的水平拉桿38、39和40、41分別在立柱20、24和22、26之間延伸。水平拉桿38、39、40和41在高于潛水箱12和14并低于船10的存活吃水深度34的一個垂直高度上連接相對的立柱對。水平拉桿38、39位于前立柱20、24之間，而拉桿40、41位于后立柱22、26之間。拉桿38-41在鄰近立柱水平面內(nèi)的中間截面處固定于立柱20、22、24和26。
如圖1所示，平行拉桿38、39在垂直穿過立柱20、24的一個假想中心線的相對側(cè)相互更加接近。類似地，平行拉桿40、41在垂直穿過立柱22、26的一個假想中心線的相對側(cè)相互更加接近。
細(xì)長的拉桿38-41基本上不會增加船的水線面面積，同時在特別苛刻的環(huán)境中能提供提高的穩(wěn)定性和對作用在立柱上的鋪展力和扭矩引發(fā)的作用力的抵抗力。由于波浪和水流作用力，潛水箱12和14在前和后立柱之間橫向彎曲。拉桿38-41產(chǎn)生一定的固定性，或者剛性，抵抗立柱彎曲。
另外，雙拉桿設(shè)計能夠減小因尾舷方向海水引起的橫向二次彎曲。這種效果通過采用具有較低橫向彎曲慣性的更加緊湊的拉桿構(gòu)件而得以實(shí)現(xiàn)。船10沒有采用對角拉桿，反而利用水平拉桿對來將立柱保持在一個穩(wěn)定、剛性的位置。
每個拉桿38-41都具有內(nèi)在的“冗余”特性。如圖3所示，每個水平拉桿38、39、40或41具有一個總體為卵形或橢圓形的橫截面，并且設(shè)置有一個內(nèi)部隔板42，它將拉桿分成兩個相等的縱向部分。隔板42在每個細(xì)長的拉桿38-41內(nèi)確定了兩個獨(dú)立的隔箱44和46。隔箱是不漏水的并且如果一個隔箱的壁損壞或被穿透，則第二個隔箱將幸存，繼續(xù)連接立柱并為水上的船10提供穩(wěn)定性。
每對拉桿38、39和40、41設(shè)計為通過提供外部“冗余”特性而進(jìn)一步提高船的穩(wěn)定性。如果拉桿38-41中的任何一個損壞，例如被靠近的拖輪，或漂浮在水中的殘骸損壞，則第二對拉桿繼續(xù)承擔(dān)負(fù)載并繼續(xù)剛性地連接對應(yīng)的立柱直到修好受損的拉桿。
為了改進(jìn)船的尾傾特性，即減小尾傾，潛水箱的船首角部用圓形的豎直側(cè)壁50、54和56構(gòu)成(圖1，船首部分)。如圖1和8所示，有角度的豎直側(cè)壁51、53、55和57設(shè)置在潛水箱12和14的后部。
如圖7所示，每個立柱或沉箱20、22、24和26具有一個不連續(xù)半徑的圓角60。該半徑例如可以是通常為正方形的沉箱的深度或?qū)挾鹊?/4或更大。這種圓角能夠減小尾傾力，同時仍然為角部立柱提供必要的強(qiáng)度。此外，極大地改善了沉箱的建造性，因?yàn)榭梢源罅康厥褂闷桨澹档土舜Y(jié)構(gòu)的總費(fèi)用。
船10設(shè)置有保持位置的一個全動態(tài)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括八個固定在潛水箱12的底部上的360°固定的傾斜可變速度方位推進(jìn)器組件，并且在一個優(yōu)選實(shí)施例中，一對推進(jìn)器組件位于右舷側(cè)，一對在每個潛水箱12和14的左舷側(cè)。該系統(tǒng)足以用于深度達(dá)10,000英尺的水里。
安裝在平臺30的主甲板64上的是一對絞盤66，每個前立柱20和24上一個(圖4)。絞盤66設(shè)計用于夾持一定長度的纜繩以港灣碇泊。如果需要，對于一種8點(diǎn)預(yù)設(shè)系泊結(jié)構(gòu)，絞盤數(shù)量可以增加到八個。
現(xiàn)在參照圖6，可以看到推進(jìn)器部件62連接于驅(qū)動電機(jī)裝置68，該電機(jī)裝置位于一個特別設(shè)置的推進(jìn)器艙室70內(nèi)。電機(jī)裝置68可以是AC驅(qū)動或其他類似的裝置。為了便于維護(hù)、安裝和拆卸推進(jìn)器62，在潛水箱12和14內(nèi)成型有一個通道72。
通道72在推進(jìn)器艙室70之間延伸，通道72在作業(yè)吃水深度32以上的一個高度處與平臺30連通。推進(jìn)器艙室70可以從上甲板64直接接近，或者可以使用一個起重機(jī)接近推進(jìn)器艙室70。為了操作穩(wěn)定性，船10使用了被壓艙的潛水箱和沉箱。下部結(jié)構(gòu)載荷通過立柱20-26分布。
沉箱20-26帶有一個固定在存活吃水深度34的常規(guī)區(qū)域上的箱形漂浮附件74。通過仔細(xì)選擇附件74的位置，可以使得船的存活條件最大。漂浮附件74的一個另外的好處是在作業(yè)吃水深度和存活吃水深度之間船的負(fù)載能力沒有降低。
附件74提供了可變的負(fù)載能力和水面位移。附件74基本不會影響作業(yè)吃水深度處的水線面面積，因?yàn)樗鼈兊奈恢迷谧鳂I(yè)吃水深度32下面。很重要的一點(diǎn)是，附件74并不延伸過沉箱20-26的平面部分，而是延伸到和底部潛水箱的外壁垂直對齊。
由于附件74的外邊界不延伸過潛水箱外壁的垂直線，從而便于船10在干船塢處的構(gòu)建。附件74的外壁寬度的外邊界在立柱20-26的外凸角部60開始彎曲前終止。
船10提供一種設(shè)備用于在達(dá)10,000英尺的較深水里進(jìn)行礦產(chǎn)勘探。船10配備一對起重機(jī)80、82，安裝在起重機(jī)基架84上。鉆探和生產(chǎn)操作以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式通過平臺30進(jìn)行。隔水管86(圖5)存放在主甲板上，并且能夠以高效、效能成本合算的方式發(fā)送到鉆探臺86上。
成型在潛水箱12和14內(nèi)的隔箱除了容放鹽水壓艙物外，還用于容放泵，存放鉆制用水、柴油和其他必要的材料。沉箱20-24還被劃分開以容放下部船體和立柱機(jī)械隔箱的備用泥漿桶、鹽水桶、壓艙物桶、通風(fēng)管道、通風(fēng)源和回管。
海上作業(yè)的其他必要設(shè)備，例如污水處理裝置、便攜式水桶、儲存罐可以放置在立柱20-24內(nèi)的其他隔箱中。上部船體，或者平臺30使用一個集成的箱式甲板結(jié)構(gòu)來存放鉆探和船舶通信業(yè)務(wù)設(shè)備、發(fā)電設(shè)施和液體泥漿、包裝袋、和其他可變材料的儲存裝置以及設(shè)備。
設(shè)置有兩個龍門起重機(jī)。其中一個龍門起重機(jī)90用于操作隔水管，同時另一個龍門起重機(jī)92設(shè)置在防噴裝置上面用于分開存放區(qū)堆棧。該存放區(qū)還可以用于操作水下采油樹。平臺30上的住艙可以容納必要數(shù)量的船員以進(jìn)行礦產(chǎn)勘探和生產(chǎn)作業(yè)。
潛水箱和立柱的圓形角部使得不需努力保持船在鉆探區(qū)上的一個選定位置處的位置。從而，需要更少的電能，使用更少的燃料，并且更加高效地進(jìn)行礦產(chǎn)勘探和生產(chǎn)作業(yè)。船10不使用錨來保持在位，而是利用采用了方位推進(jìn)器的動態(tài)定位系統(tǒng)以提高船的效率。
可以對本發(fā)明的設(shè)計進(jìn)行多種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。因此，我們請求我們的關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利僅由所附的權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種半潛水船，包括一對潛水箱；多個由所述潛水箱支撐的垂直延伸的立柱，所述潛水箱的上部承載一個用于進(jìn)行海上作業(yè)的平臺；以及一對平行的水平拉桿，在每對所述潛水箱之間延伸，所述水平拉桿對中的一個位于前立柱之間，所述水平拉桿對中的另一個位于后立柱之間，所述拉桿抵抗因潛水箱橫向彎曲而作用在所述立柱上的鋪展力和扭曲力。
2.如權(quán)利要求1所述的船，其特征在于，每個所述水平拉桿被一個縱向隔板分成一對獨(dú)立的不漏水的隔箱，從而當(dāng)一個隔箱壁的結(jié)構(gòu)完整性被損壞時保持船的操作穩(wěn)定性。
3.如權(quán)利要求1所述的船，其特征在于，每個所述拉桿具有整體為橢圓形的橫截面以減小每個所述拉桿上由波浪運(yùn)動產(chǎn)生的尾傾作用力。
4.如權(quán)利要求1所述的船，還包括一個動態(tài)定位的位置保持裝置，該裝置連接于所述潛水箱用于將所述船保持在所希望的海上位置。
5.如權(quán)利要求4所述的船，其特征在于，所述位置保持裝置包括多個獨(dú)立控制的推進(jìn)器組件。
6.如權(quán)利要求5所述的船，其特征在于，每個所述推進(jìn)器組件包括一個安裝在潛水箱下面的推進(jìn)器以及一個位于潛水箱內(nèi)并且操作上連接于所述推進(jìn)器的驅(qū)動電機(jī)。
7.如權(quán)利要求5所述的船，其特征在于，在每個所述潛水箱內(nèi)形成有一個通道，所述通道使得能夠接近所述推進(jìn)器組件，所述通道在船的作業(yè)吃水深度以上的一個高度處與所述平臺連通。
8.如權(quán)利要求4所述的船，其特征在于，所述系泊裝置包括多個獨(dú)立運(yùn)行的推進(jìn)器組件，所述推進(jìn)器組件鄰近每個所述潛水箱的右舷和左舷側(cè)成對地安裝。
9.如權(quán)利要求1所述的船，其特征在于，每個所述立柱具有一個整體的豎直壁，所述壁設(shè)置有外凸的角部以便于位置保持和通過減小流體動力阻力將所述船保持在指定的海上位置。
10.如權(quán)利要求9所述的船，其特征在于，每個所述凸角部的半徑至少是立柱寬度的四分之一。
11.如權(quán)利要求1所述的船，其特征在于，每個所述潛水箱包括一個具有一個船首部分的下部船體，所述船首部分具有彎曲的角部以減小因船上的水流作用力和移動速度引起的尾傾作用力。
12.一種半潛水船，包括一對平行的潛水箱；多個由所述潛水箱支撐并且在每個所述潛水箱上成對布置的垂直延伸的沉箱，所述沉箱的上部承載一個用于進(jìn)行海上作業(yè)的平臺；多個平行的水平拉桿，在立柱之間以橫斷于所述潛水箱的縱軸的方向延伸，所述水平拉桿中的一對位于前立柱之間，所述水平拉桿中的另一對位于后立柱之間，所述拉桿抵抗因所述潛水箱橫向彎曲而作用在所述立柱上的鋪展力和扭曲力；以及一個位置保持裝置，用于將所述船保持在所希望的海上位置，所述位置保持裝置包括多個安裝在所述潛水箱上的獨(dú)立運(yùn)行的推進(jìn)器組件，所述推進(jìn)器組件可以通過一個形成在每個所述潛水箱內(nèi)的通道而接近，所述通道在船的作業(yè)吃水深度以上的一個高度處與所述平臺連通。
13.如權(quán)利要求12所述的船，其特征在于，所述推進(jìn)器組件沿每個所述潛水箱的右舷和左舷側(cè)成對地安裝。
14.如權(quán)利要求12所述的船，其特征在于，每個所述拉桿被一個縱向中心線隔板分成一對不漏水的隔箱，從而當(dāng)一個隔箱壁的結(jié)構(gòu)完整性被損壞時保持船的操作穩(wěn)定性。
15.如權(quán)利要求12所述的船，其特征在于，每個所述拉桿具有整體為橢圓形的橫截面以減小流體動力阻力。
16.如權(quán)利要求12所述的船，其特征在于，每個所述沉箱具有一個整體的外部豎直壁，所述壁設(shè)置有外凸的角部以便于減小作用在處于某個海上位置的所述船上的尾傾作用力。
17.如權(quán)利要求16所述的船，其特征在于，所述凸角部的半徑至少是沉箱寬度的四分之一。
18.如權(quán)利要求12所述的船，其特征在于，每個所述潛水箱具有一個整體為矩形的橫截面并帶有外凸的角部以減小作用在處于某個海上位置的所述船上的尾傾作用力。
19.如權(quán)利要求18所述的船，其特征在于，所述凸角部的半徑至少是每個所述潛水箱深度的四分之一，以減小來自水流流速的橫向和水平的尾傾作用力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)計用于在苛刻環(huán)境中作業(yè)的半潛水船。該船具有一個雙體式潛水箱結(jié)構(gòu)，用以支撐四個角部沉箱，該沉箱在船的作業(yè)吃水深度以上從潛水箱垂直延伸。一對細(xì)長的平行的水平拉桿連接每對相對的沉箱，拉桿在垂直于潛水箱的縱軸的平面內(nèi)延伸。其中一對拉桿位于前立柱之間，另一對拉桿位于后立柱之間。拉桿降低了作用在立柱上的鋪展力和扭曲力，同時基本上沒有增加船的水線面面積。每個拉桿具有內(nèi)部“冗余”特性，拉桿被分成兩個獨(dú)立的不漏水的隔箱，用以當(dāng)其中一個隔箱損壞時繼續(xù)為結(jié)構(gòu)提供浮力。利用一個全動態(tài)定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)位置保持，該系統(tǒng)包括多個安裝在潛水箱體的右舷和左舷側(cè)的推進(jìn)器組件。
文檔編號B63B35/44GK1404452SQ01804516
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月2日
發(fā)明者尤金·E·貝格納奧德, 卡爾文·V·諾頓, 布魯斯·馬爾科姆 申請人:弗里德－戈德曼有限公司