一種超大型浮託安裝駁船及其設計方法

2023-06-18 04:18:21 3

專利名稱：一種超大型浮託安裝駁船及其設計方法
技術領域：
本發明涉及海洋工程安裝裝置，特別是指一種超大型浮託安裝駁船及其設計方 法。
背景技術：
隨著我國對石油資源消費的大幅度增加，國家能源戰略受到很大挑戰，經濟有效 地快速開發我國近海石油資源備受關注。目前我國海洋石油開發的海洋石油生產平臺由於 功能更加完善、工藝處理設備更加複雜，海洋石油生產平臺上部組塊重量有越來越大的趨 勢。特別是水深100 300m的導管架平臺，由於深水導管架結構重量大造價高，為了減少 投資成本，其平臺組塊將具備更為複雜和完善的工藝處理設備，以便在儘可能少的平臺數 量情況下實現最大化的平臺功能，從而使得經濟效益最大化。目前，世界上已有重達四00(^ 的平臺組塊，而國內上部組塊的重量最大的也已經達到27000t。目前常用的平臺組塊安裝方法有吊裝法和浮託安裝法，對於20000t以上的平臺 組塊，若採用吊裝法進行安裝，需要使用大型浮吊進行海上分塊安裝，根據國際市場上浮吊 資源的能力，需要將組塊分為3塊以上分別吊裝，並在海上進行分塊焊接，這勢必增加海上 安裝作業的時間與成本。並且當海上油田建設數量多時，需要大量的浮吊資源，這必然會造 成浮吊資源的調配困難，並增加安裝成本，甚至因浮吊資源不能按期到位，而使油田建設延 期。若使用浮託安裝方法進行20000t以上的平臺組塊安裝，由於浮託安裝法不需要 進行海上分塊焊接，可以實現組塊的一次性安裝，具有節省海上安裝作業的時間與成本的 優點，是比較理想的大型組塊海上安裝方法。但是，浮託安裝法受限於運送平臺組塊的駁 船。現有的駁船通常只能滿足IOOOOt以內的平臺組塊的運送、安裝需求，而可運載20000t 以上組塊的駁船則屈指可數。由於能運載20000t以上組塊的駁船排水量較大，且駁船船寬 通常都大於50m，而海洋平臺受建造工藝和結構優化的限制，導管架腿或者浮式平臺下部立 柱之間的槽口往往小於50m，使得駁船無法進入導管架腿之間的槽口。因此，適用於大型組 塊浮託安裝的駁船數量更是少之又少。大型浮託安裝駁船資源的短缺，是制約大型組塊浮 託安裝的重要因素。超大型組塊浮託安裝對駁船主尺度的要求為1、載重量大，最好大於30000t ；2、 受平臺組塊跨度的限制，與平臺對接一側的駁船船寬不宜過大，最好控制在42m以下。3、受 導管架及浮式平臺下部結構的限制，駁船型深不宜過大，最好小於20m。對於常規駁船來說， 這些要求是相互矛盾的——如果要增加載重量，普通駁船的長寬高勢必增加。由於船寬和 型深受到限制，只能增加船長，而船體長度受駁船產生的總縱彎矩限制，且其尺寸應與船寬 和型深相協調，不能無限增加。因此，傳統駁船的形式無法滿足大型甲板組塊浮託安裝的要 求。綜上所述，與吊裝法相比，浮託安裝法是超大型甲板組塊較優的安裝方法，但是需 要解決安裝駁船的問題。如果大型安裝駁船的問題不能解決，浮託安裝法的優勢也不能發揮出來。由於傳統大型駁船無法滿足浮託安裝要求，建造/或改建什麼結構形式的駁船，使 之能夠應用於大型平臺組塊的浮託安裝，是解決問題的關鍵所在。

發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在於提供一種超大型浮託安裝駁船及其設計方 法，使駁船既具有大載重量，又能符合海洋平臺導管架對駁船的船寬和型深的要求。為達到上述目的，本發明所提供的一種超大型浮託安裝駁船，其包括一船體以及 設置在所述船體中的壓載系統，其特徵在於所述船體分為寬度較小的船首部、過渡段和寬 度較大的船尾部，所述船尾部與所述船首部的寬度比值為1. 2 1. 7。沿船長方向的所述船首部與所述船尾部的長度之比為0. 8 1. 2。所述船尾部比所述船首部寬出的部分與所述船體為一體形成或為採用邊浮體加 寬形成。所述邊浮體與所述船體為固定連接或活動連接。所述船體主甲板上設置有滑道，所述滑道上設置有與海洋平臺相匹配的支撐框
架所述船體主甲板上設置有滑道，所述滑道上設置有與海洋平臺相匹配的支撐框架。所述船體船首部的左右舷側設有護舷裝置。本發明還提供了一種如上所述超大型浮託安裝駁船的設計方法，其特徵在於包括 以下步驟步驟一、確定船首部寬度及吃水參數(1)依據海上平臺導管架腿之間的寬度距 離，確定駁船船首部的寬度，以符合海洋平臺的結構強度及跨度的要求；(2)根據海洋平臺 上部組塊的重量及其放置於駁船上的位置，計算吃水參數以海洋平臺上部組塊放置於駁 船中部為基礎，結合所述海洋平臺上部組塊的重量，計算出駁船的吃水參數；步驟二、確定船尾部的寬度依據海洋平臺上部組塊的重量和壓載系統中的壓載 水重量，計算出駁船所承受的壓重，再根據重力平衡於浮力的原理，計算出駁船的排水量， 進而計算出船尾部的寬度。所述船尾部的寬度採用加裝邊浮體的方法進行調節，根據不同海洋平臺上部組塊 重量加裝不同寬度的所述邊浮體，通過調整所述船尾部的寬度調整所述駁船的承載力。所述邊浮體與所述駁船採用固定連接或活動連接方式安裝。採用上述技術方案，本發明具有如下優點1)它改變了人們對傳統船舶寬度從首 至尾一致性的理念，更加符合海洋工程施工的實際需要，為大型海上施工機具提供了更為 寬廣的設計方法。2、本發明由於是通過加裝邊浮體的方法來調節船尾部的寬度，因此本 發明的設計方法不僅可用於新建駁船設計方案中，也可用於老駁船改造方案中。3)由於本 發明所提供的浮託安裝駁船具有船首部較窄，船尾部較寬的特點，不僅能保證駁船能夠進 入海上平臺下部的導管架腿或者浮式平臺下部立柱之間的槽口，而且能夠提高駁船的載重 量，滿足超大型組塊安裝採用浮託法安裝的要求，可以大幅節省使用大型浮吊與海上安裝 的費用，且費用低廉。


圖1為本發明的超大型浮託安裝駁船的俯視2為本發明超大型浮託安裝駁船拖載平臺組塊進行對接操作時的俯視3為本發明的超大型浮託安裝駁船拖航平臺組塊的立面4為本發明的超大型浮託安裝駁船與導管架平臺上部組塊對接前的剖視5為本發明的超大型浮託安裝駁船與浮式平臺上部組塊對接前的剖視6為本發明的超大型浮託安裝駁船與導管架平臺上部組塊對接後的剖視圖
具體實施例方式現舉以下實施例並結合附圖對本發明的結構及功效進行詳細說明。如圖1 圖4所示，為本發明提供的用於超大型海洋平臺浮託安裝的駁船，其具有 一船體1，船體1的兩側設有護舷裝置2，在船體1的主甲板上設有與海洋平臺相匹配的支 撐框架3。如圖1所示，船體1包括寬度較小的船首部11、過渡段12和寬度較大的船尾部13， 船首部11經過渡段12逐漸加寬到船尾部13的寬度，船尾部13與船首部11的寬度比值控 制在1. 2 1. 7之間，不宜太大，否則拖航阻力太大，不利於拖航。船尾部13寬出船首部11 的部分，既可以採用一體成型的結構方式實現，也可以採用加裝邊浮體14的結構方式，邊 浮體14採用優質鋼材製造，焊接在駁船的過渡段12和船尾部13兩側，邊浮體14也可以採 用可拆卸的活動連接方式。由此，本發明所提供的駁船具有寬度較小的船首部11，保證了海洋平臺可以具有 較小的腿與腿之間的跨矩，節省甲板組塊及其下部支撐結構的建造鋼材，如果船首部寬大， 會使平臺下部立柱之間的槽口尺度加大，對平臺或組塊結構的強度非常不利，根據現有的 海洋平臺結構，船首部11的寬度以控制在40m 45m之間為宜。而寬度較大的船尾部13 使駁船具有足夠大的排水量，給駁船提供了較大的浮力與調載空間，保證了對超大型甲板 組塊的運載能力，並且使駁船尾傾時具有良好的浮力和穩性特徵，使駁船可同時用於大型 導管架等海工結構物的下水安裝。當需要拖載的海工結構物重量較大時，可進一步加大船體1的船尾部13的寬度使 之滿足一定的排水量要求，如圖1所示，在過渡段和寬度較大的船尾部13的兩側加裝有邊 浮體14，邊浮體14採用可拆卸的方式安裝，當需要更大排水量時，將其裝上，不需要時可卸 下。以船首部11的寬度為42m的駁船為例，當裝載2萬噸組塊時，駁船船尾部13的寬度為 52m寬；當需要裝載3萬噸以上重量組塊時，駁船船尾部13的寬度需為65m，此時即可採用 在船尾部寬度為52m的駁船上加裝邊浮體14的方法，使船尾部13的寬度達到65m寬。在 駁船上其中一段加裝邊浮體14的方法更加適用於對現有大型駁船的改造。駁船拖載海洋平臺上部組塊10時，為了便於駁船調載保持良好的拖航浮態，並保 證船體重量分布有利於船體總縱強度，海洋平臺上部組塊10通常放在駁船船體1的船中部 位。而為了保證海上安裝時放置平臺組塊的船體部分能進入平臺下部結構槽口，要求駁船 船中或者靠近船中部分船寬較窄。為此，綜合上述兩點要求，船首部11的長度與船尾部13 的長度之比為0.8 1.2之間。如圖1、圖2所示，設置在船體1兩側的護舷裝置2通常由橡膠製成，也可採用其他具有緩衝作用的材料，護舷裝置2設置在船首部11的左右舷側，用於防止船體1進入導管 架腿或者浮式平臺下部立柱4之間的槽口之後船體1與導管架腿或者浮式平臺下部立柱4 之間發生碰撞。護舷裝置2的左端部分還可以起到限位的作用，即控制船體1進入導管架 腿或者浮式平臺下部立柱4之間槽口的長度，保證平臺組塊10的下方接口能夠剛好落入導 管架腿或者浮式平臺下部立柱4中(如圖4所示)。船體1甲板上還設置有滑道5，支撐框架3設置於其上，支撐框架3下端配備有與 滑道5相匹配的滑靴(圖中未示)，以便於將海洋平臺上部組塊10拖拉裝船。船體1中與現有的駁船一樣設置有壓載系統，以通過調整壓載系統中的水量，調 整駁船內部的重量分布，從而調整船體的浮態。使用本發明所提供的駁船進行海洋平臺浮託安裝，既可以將其應用於導管架平臺 組塊的浮託安裝，也可以應用於浮式平臺組塊的浮託安裝。導管架腿或者浮式平臺下部立 柱4預先安裝在油田的預定作業海域，導管架中間留有可供駁船船體1進出的槽口。如圖 4 圖6所示，安裝時，先將海洋平臺上部組塊10固定在駁船船體1甲板上的支撐框架3上， 再將駁船拖運到導管架腿或者浮式平臺下部立柱4的一側，駁船載運海洋平臺上部組塊10 到導管架的槽口一側，駁船船寬較小的一端即船首部12對準槽口方向，等待合適的環境條 件，進行浮託安裝對接作業。在實施安裝作業之前切割支撐框架3與海洋平臺上部組塊10 之間的連接結構。當漲潮時，船體1的船首部11緩慢的進入到導管架腿或者浮式平臺下部立柱4的 槽口之中，當海洋平臺上部組塊10的組塊腿位於相應導管架腿或者浮式平臺下部立柱4的 正上方時，船體1停止水平移動並保持平浮狀態，船體1的船尾部13則位於導管架腿或者 浮式平臺下部立柱4的槽口之外(如圖2所示)。當高潮位到來後開始落潮時，對接作業開 始。先往駁船內增加壓載水，使駁船吃水逐漸增加，在駁船吃水增加和潮位降低的雙重作用 下，海洋平臺上部組塊10隨駁船船體1 一起落下，逐步落到導管架腿或者浮式平臺下部立 柱4上，其重量也從駁船船體1上轉移到導管架腿或者浮式平臺下部立柱4上(如圖6所 示)。在下落的同時切割掉海洋平臺上部組塊10與支撐框架3之間剩餘的支撐構件。在此 重量轉移的過程中，同時繼續之前的切割工作，全部切割駁船上支撐構件3與海洋平臺上 部組塊10之間的連接件。當海洋平臺上部組塊10放置於平臺腿上之後，駁船繼續壓載，直 至駁船船體1上的支撐框架3與海洋平臺上部組塊10具有一定的安全間隙，牽引駁船從導 管架的槽口退出，而海洋平臺上部組塊10的組塊腿將與導管架腿或者浮式平臺下部立柱4 頂端的對接緩衝裝置6發生碰撞，即完成浮託安裝的對接過程。對接完成後，焊接海洋平臺上部組塊10與導管架腿或者浮式平臺下部立柱4頂端 的結構，使海洋平臺上部組塊10與海洋平臺結構成為一個整體，便完成海洋平臺上部組塊 的安裝。下面以大型導管架上部組塊的浮託安裝為例，具體說明本發明的大型浮託安裝駁 船的設計方法步驟一、確定船首部寬度及吃水參數1、依據海上平臺導管架腿之間的寬度距離，確定船首部11的寬度為40m 45m，可 符合海洋平臺的結構強度及跨度的要求。本實施例中將船首部11的寬度定為42米。2、根據海洋平臺上部組塊10的重量及其放置於駁船上的位置，計算吃水參數。
如圖2所示，考慮浮託安裝時駁船船體1進船的需要，海洋平臺上部組塊10放置 的位置處於駁船中部，具體來說位於過渡段12與船首部11，並以船首部11為主，且海洋平 臺上部組塊10的組塊腿不得出現在船尾部13或者過渡段12，以避免海上安裝時因船尾部 13及過渡段12無法進入導管架腿的槽口而導致對接失敗或者海洋平臺上部組塊10的移 動。以海洋平臺上部組塊10放置於駁船中部為基礎，結合海洋平臺上部組塊10的重量(本 實施例以30000t為例)，便可計算出駁船的吃水參數為7m(此計算過程為本領域的公知技 術，在此不再贅述)。步驟二、確定船尾部的寬度依據海洋平臺上部組塊10的重量和壓載系統中的壓載水重量(通常壓載水重量 為海洋平臺上部組塊重量的30% 40% )，計算出駁船所承受的壓重，再根據重力平衡於 浮力的原理，計算出駁船的排水量(駁船具有的浮力)，再結合駁船的吃水參數，進一步計 算得到船尾部的寬度(此計算過程為本領域的公知技術，在此不予詳述)。以步驟一計算的吃水參數7m為例，當組塊重量為2萬噸 2. 5萬噸時，駁船尾部 寬度為52. 5m ；當組塊重量為3萬噸 3. 5萬噸時，駁船尾部寬度為65m。船尾部的寬度可 根據海洋平臺上部組塊10的重量一次設計完成，也可以分次完成；如果為分次完成，既在 船尾部寬度為52. 5m基礎上，每舷加寬6. 25m的邊浮體14。邊浮體14與駁船為焊接連接。 如果為老駁船改造方案，則在每舷加裝邊浮體14，邊浮體14與駁船本身能為海洋平臺上部 組塊10和壓載水重量提供足夠的浮力。採用上述設計方法設計的駁船的主要技術參數如下作業水深195米船長L = 205 米船寬B = 42米(首部)船寬B = 52. 5米(尾部，運載2萬噸 2. 5萬噸重的組塊)船寬B = 65米(尾部，運載3萬噸 3. 5萬噸重的組塊)型深D = 14. 25 米吃水T = 7米導管架腿數量4X 2導管架腿直徑2. 5米組塊長寬尺寸97米X 74米組塊槽口寬度45米為了提供較大的浮力並滿足浮託過程中的調載需求，該設計駁船的尺度較大，船 長在200m以上，船寬在40 80m，型深在Hm以上，能提供12萬噸以上的排水量，可拖載3 萬噸以上重量的海洋平臺上部組塊，可滿足越來越大的海洋石油生產平臺上部組塊的安裝需求。綜上所述，船首部11的寬度決定了海洋平臺上部組塊10及導管架腿或者浮式平 臺下部立柱4之間的跨度。而為保證海洋平臺的結構強度，跨度越大，需要越強的結構件和 更多的結構鋼材，平臺的造價越高。且跨度越大，平臺的建造也越困難。因此，船首部11的 寬度越大，對海洋平臺越不利。本發明所提供的獨特船體形狀的駁船，解決了對大排水量需 求且船首寬度又不能太大的矛盾。而且，該方法方法擺脫了傳統船舶的設計理念——船舶寬度從首至尾都一樣的做法。這種船舶中某一段寬度可根據需要進行加寬的做法，是本發 明的關鍵所在。
權利要求
1.一種超大型浮託安裝駁船，其包括一船體以及設置在所述船體中的壓載系統，其特 徵在於所述船體分為寬度較小的船首部、過渡段和寬度較大的船尾部，所述船尾部與所述 船首部的寬度比值為1.2 1.7。
2.如權利要求1所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於沿船長方向的所述船首部 與所述船尾部的長度之比為0. 8 1. 2。
3.如權利要求1或2所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於所述船尾部比所述船 首部寬出的部分與所述船體為一體形成或為採用邊浮體加寬形成。
4.如權利要求3所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於所述邊浮體與所述船體為 固定連接或活動連接。
5.如權利要求1或2或4所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於所述船體主甲板 上設置有滑道，所述滑道上設置有與海洋平臺相匹配的支撐框架。
6.如權利要求3所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於所述船體主甲板上設置有 滑道，所述滑道上設置有與海洋平臺相匹配的支撐框架。
7.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的超大型浮託安裝駁船，其特徵在於所 述船體船首部的左右舷側設有護舷裝置。
8.—種如上所述超大型浮託安裝駁船的設計方法，其特徵在於包括以下步驟步驟一、確定船首部寬度及吃水參數(1)依據海上平臺導管架腿之間的寬度距離，確定駁船船首部的寬度，以符合海洋平臺 的結構強度及跨度的要求；(2)根據海洋平臺上部組塊的重量及其放置於駁船上的位置，計算吃水參數以海洋 平臺上部組塊放置於駁船中部為基礎，結合所述海洋平臺上部組塊的重量，計算出駁船的 吃水參數；步驟二、確定船尾部的寬度依據海洋平臺上部組塊的重量和壓載系統中的壓載水重 量，計算出駁船所承受的壓重，再根據重力平衡於浮力的原理，計算出駁船的排水量，進而 計算出船尾部的寬度。
9.如權利要求8所述超大型浮託安裝駁船的設計方法，其特徵在於所述船尾部的寬 度採用加裝邊浮體的方法進行調節，根據不同海洋平臺上部組塊重量加裝不同寬度的所述 邊浮體，通過調整所述船尾部的寬度調整所述駁船的承載力。
10.如權利要求9所述超大型浮託安裝駁船的設計方法，其特徵在於所述邊浮體與所 述駁船採用固定連接或活動連接方式安裝。
全文摘要
本發明涉及一種超大型浮託安裝駁船及其設計方法，其包括一船體以及設置在所述船體中的壓載系統，其特徵在於所述船體分為寬度較小的船首部、過渡段和寬度較大的船尾部，所述船尾部與所述船首部的寬度比值為1.2～1.7。其設計方法包括步驟一、確定船首部寬度及吃水參數(1)依據海上平臺導管架腿之間的寬度距離，確定駁船船首部的寬度；(2)根據海洋平臺上部組塊的重量及其放置於駁船上的位置，計算吃水參數；步驟二、確定船尾部的寬度依據海洋平臺上部組塊的重量和壓載系統中的壓載水重量，計算出駁船所承受的壓重，進而計算出船尾部的寬度。本發明能夠滿足超大型組塊的浮託安裝要求，且用於浮託安裝的駁船建造方便，實用性強、費用低廉。
文檔編號B63B9/06GK102114899SQ20111002365
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者侯金林, 易叢, 李新仲, 李達, 白雪平, 範模, 譚越, 賈旭, 馬巍巍 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心