浮動的海上結構及浮動元件的製作方法

2023-05-06 16:43:06 2

專利名稱：浮動的海上結構及浮動元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種浮動的海上結構，它包括一用於懸掛立管結構的懸吊機構。
這種海上結構是公知的，常常在海上勘探以及準備在水下相對較深的海底的某一位置勘探自然資源的海底油井中使用。為了能到達油井，通常將鑽探船或者半潛式的浮動的海上結構定位在油井之上的水表面上。然後，從飄浮的海上結構使立管下降，與一個已經固定在海底的止動閥連接，立管構成一個保護管，在勘探油井過程中，鑽井工具通過該管下降，在勘探資源時，自然資源可以不與水接觸地從油井傳送到海上結構。
立管結構通常由在下降過程中連接起來、在提升過程中又分開的立管分段構成。通常，這種情況涉及到立管結構在一個管分段的長度上藉助構成懸吊機構一部分的提升機構而分別作的上下移動。由於海底相對水面非常深，海上結構不能象不浮動的海上結構那樣，由在海底的支架支承，而是通過地基錨固或者動態固定裝置使海上結構浮動地定位在油井上面。為了使海上結構能夠隨著水面的海浪運動相對立管結構運動，通常懸吊機構包括一接收立管結構的夾持聯接裝置，該立管結構通過伸縮筒和/或一個設計成沿滑輪運行的纜索的拉伸系統與海上結構連接，懸吊機構傳遞由下降的立管結構施加到海上結構上的向下的力。海上結構必需具有足夠的浮力，才能補償由立管施加的向下的力。
因為在相對淺的海底的油井已經枯竭，急需的是能夠對相對深的海底的油井進行勘探和準備勘探。尤其是，現在特別希望能夠對水面1500米以下的海底油井進行勘探。
由此必然產生的問題是所需立管結構比較長，施加到海上結構的向下的力比較大，因此，懸吊機構的設計重量就必然較大，而海上結構也要有較大的浮力。特別是，這樣會大大提高製造成本和海上裝置的操作成本。
本發明的目的是提供一種本文開頭所述的克服了上述缺點的海上結構。為此，本發明所述的海上結構包括一懸吊機構，該懸吊機構帶有一個在使用中靠近水面延伸的導向件；一設計成沿軸向運動的浮體；並設置有與立管結構聯接的聯接裝置。由浮體附加浮力所獲得的效果是可以大大減小由立管結構通過懸吊機構施加到浮動的海上結構上的向下的力，因此懸吊機構可以是較簡單的設計，而且海上結構的浮力也可以小些。由於浮體是沿軸線運動的布置，該浮體可以沿著導向件往復運動，當該浮體與立管結構連接時，能使浮動的海上結構隨著水面海浪運動。而且，例如由潮流或風力引起的在海上結構和立管結構之間的水平力，即基本上在水面上或者平行於水面的力，都可以由導向件承受。結果，由於此時導向件基本上沿垂直方向或基本上沿與水面橫交的方向被加載，就可以大大簡化在立管或浮體和海上結構之間的豎直的可調節連接件的設計。
在優選的實施例中，導向件包括一導管，浮體包括一設置有浮動腔的細長套筒，該套筒安裝在導管內作軸向運動。因此，所得到的特別的結果是在浮體和海上結構之間、與運動方向橫交的方向上可以具有適當的動力傳輸，並且能夠以簡單的方式實現可靠的導向。尤其是，在本實施例中，可以更高效地實現上述橫向力傳輸。
在另一個實施例中，浮動腔容納在導向件內，以防止其沿軸線旋轉。由此產生的結果是能夠降低由於海上結構隨水面的海浪運動而引起的立管結構的扭矩累積的機會。
在又一個實施例中，本發明的海上結構的特點在於浮動腔設置有可控制的平衡裝置。由此所產生的結果是可以支持立管結構相對於海上結構所作的上下運動。這一點在對由立管分段構成的立管結構的組裝或拆開的過程中、立管結構相對海上結構上下運動過程中是特別有利的。
在再一個實施例中，本發明的海上結構的特點在於浮動元件具有一個引導立管從其穿過的中心孔。由此所產生的結果是立管結構在下降當中，能夠以預定的角度下降。優選的是，中心孔的側壁相對於導向件的縱軸線沿向下的方向偏離1-6°，最好是3°。為了減少側壁損傷立管結構的可能性，可以在側壁上設置一保護裝置，例如設置一橡膠襯裡。
在再一個實施例中，浮體可拆卸地與導向件連接。由此產生的結果是海上結構可以與帶有立管結構的浮體脫開。特別需要指出的是，帶有浮體的立管結構可以浮動地保持在油井上面，而帶有導向件的海上結構可以象單個件那樣移動。
在再一個實施例中，本發明中的海上結構包括一個其高度是可調的以到達水面之上某一位置的導向件。由此產生的結果是在沒有立管結構時，可以將導向件調整到水面上的某一位置，因而在行進當中，可以獲得更有利的流體阻力。本發明還涉及一種浮體。
下面，參照圖中所示的一些說明性的實施例說明本發明。


圖1是本發明浮動的海上結構的第一實施例的前視圖；圖2a是圖1所示的海上結構的浮體的前視圖；圖2b是圖2a中浮體的頂視平面圖；圖3a、3b和3c分別是本發明的浮動的海上結構的第二實施例分別在工作位置、運輸位置和脫開位置的前視圖；圖4是本發明中浮動的海上結構的第三實施例的側視圖；以及圖5是本發明中浮動的海上結構的第四實施例的側視圖可以看出，圖中只是示意性地表示出本發明的優選實施例。在圖中，相應或相同的元件用相同的附圖標記表示。
圖1所示的浮動的海上結構1是半潛式的。該半潛式結構包括一工作平臺2，該平臺通過支柱3與浮體4連接。藉助於浮體4，半潛式結構1可以從浮體通常至少部分地位於水面5之上的運輸位置下沉到圖中所示的浮體4在水面5以下的半下沉的工作位置。在圖中所示的工作位置，半潛式結構仍然浮動在水面上，但是該浮體不太快的隨著水面5的海浪波動。在該工作位置，立管結構6可以藉助於懸吊機構7沿箭頭8的方向從工作平臺2下降到海底。
懸吊機構7包括一安裝在鑽井架9中的現有類型的提升機構。藉助該提升機構，可以用已知方法將立管結構的分段10從工作平臺2傳送出來，用下面將詳細說明的方法將它們連接形成一立管結構6。懸吊機構包括一導向件11，該導向件至少在工作位置過程中靠近水面並基本上與水面橫交地延伸。在該示例性的實施例中，導向件11是一個矩形截面的導管。一浮體安裝在導向件11內，該浮體可沿軸向運動即基本上沿與水面5橫交的方向運動。浮體12設置了一個與立管結構6聯接的聯接裝置13。
藉助可調節長度的連接裝置14，浮體12與導向件11連接，此時設計成一個可伸縮的連接裝置。
附圖2a和2b表示出浮體12。浮體12包括一矩形截面的套筒15，該套筒15的頂側面16和底側面17封閉，形成一浮動腔18。套筒17呈矩形截面的作用是使容納在導向件11內的浮體12不能沿軸線旋轉。浮體12設置有一個引導立管結構6的分段10穿過的中心孔19。藉助聯接裝置13，浮體12可以通過夾緊方式夾緊在立管結構6的上部分段10上。當然，也可以採用其它的連接方法連接。採用萬向節結構的聯接裝置13所得到的效果是被夾緊的立管結構6可以圍繞樞軸20和21相對於浮體12稍作轉動。由於中心孔基本上沿著與水面5橫交的方向延伸並且具有相對中心孔的縱軸線沿箭頭8的方向偏離大約3°的側壁，在下降過程中，該中心孔以適當的角度向下引導立管結構的連續分段。
在本實施例中，可以優先選用荷蘭專利申請1008311號中所述的立管分段，這是因為它們不僅自身具有浮力，而且鄰近的外圓周也被保護，從而能夠與導向件的側壁適當配合。
浮動腔18設置有圖中示意性表示出的可控制的平衡裝置22，可以對最終作用在浮體12上的向上的力進行控制。通過將可控制的平衡裝置22設計成用於供應和排出加壓的氣體和水的閥，就能夠以簡單的方式起到上述作用。利用可控制的平衡裝置22，可以支持浮體12在導向件11內的上下運動。容納在導向件11內的浮體12藉助於導向輪23或者類似的導向部件，可以方便地在導向件11內作軸向運動。
在圖1所示的工作位置，立管結構6藉助聯接裝置13與浮體12連接。浮體12所產生的向上的力能夠大大補償立管結構6所產生的向下的力。因此，對懸吊機構7，特別是伸縮連接裝置14和提升機構以及整個半潛式結構的整個結構而言，都可以是顯著較輕的設計，同時浮體4的浮力可以選定的相當小。而且，導向件11基本上在水面5上或者與水面5平行地承受力，因此，伸縮連接裝置主要沿與水面5橫交的方向被加載，這樣可以大大簡化設計方案。特別是，在帶有安裝在立管相對側面上的伸縮筒的操作過程中，其收縮和伸出一相同長度，從而使設計大大簡化。由此可以看出，通過這種導向件，立管與海上結構的連接可以由自身來實現，而無須浮體。
附圖3a、3b和3c表示出本發明中浮動的海上結構1的第二實施例。在此，浮動的海上結構1也設計為半潛式的。圖3a表示處於工作位置的半潛式結構，圖3b表示處於運輸位置的半潛式結構。導向裝置11藉助伸縮筒24與海上裝置連接，從而高度可調節的將導向裝置調到水面5以上的位置。當然，也可以採用其他型式的可調節的連接裝置。在運輸位置，導向裝置11可以隨著浮體12被提升到水面上的某一位置，從而減小運輸中的流動阻力且降低海上結構1傾翻的危險程度。而且，在本實施例中，浮體12通過聯接裝置可拆卸地與導向件11聯接，在圖3a所示的工作位置可以看到，浮體12可以脫開，使浮動的海上結構1進入工作位置，並且，浮動的海上結構1可隨著被提升的導向件11移動，而將浮體12留下。可以理解，浮體和導向件或者海上結構之間的可拆卸連接方式還可以應用到其它變型的結構中。
圖4表示本發明中浮動的海上結構的第三種變型的結構。在該變型中，浮動的海上結構設計成一條鑽探船。鑽探船包括一船體25和驅動裝置26。船體25是一種常用型式的船體，在船體上設置有一導向管11，該導向管基本上與水線5橫交，容納在導向管內的浮體12可沿軸向運動。在該變型結構中，浮體12的工作過程基本上與前面描述的圖1和2a、2b相同。當沒有立管結構6與浮體12連接時，浮體可被提升到船體25的底部27之上的某一位置，由可控制的平衡裝置22和伸縮連接裝置14支承，此後，導向管11可在鄰近底部27的位置由關閉裝置(未示出)封閉，以減小船體25在行進中的流體阻力。
圖5所表示的浮動的海上結構1是一種工作船。該工作船包括一裝有驅動裝置26的船體28和一工作平臺29，船體28已經潛入工作位置。通過連接裝置，工作平臺29以可調定的中間距離與船體28連接，因此，工作船可以在運輸位置和半潛入位置之間調節，其中在運輸位置工作平臺29置於靠近船體28的位置，在半潛入位置工作平臺與船體28間隔開在水線5之上，同時船體28基本上處於水線5之下。船體28包括一安裝有一導向管31的中心工作豎筒30。圖5所示的是工作船的工作位置。在導向管31內，設置一沿軸向運動的浮體12。導向管31起導向作用。浮體和導向件的結構效果和工作原理與上面已經描述的圖1、2a和2b的相同。為了進一步說明工作船，可以參照申請人目前提出的荷蘭專利申請第1010884號進行說明。
顯然，浮體和/或導向件最好用高強度鋼製成，例如鋼屈服點至少為800N/mm2，鋼屈服點最好至少為1100N/mm2。這種型式的鋼可以在瑞典的Oxelsund的SSAB公司購買名稱為Weldox1100的鋼而得到。
還可以看出，本發明並不局限於上述優選實施例。例如，浮體還能夠以其它方式與立管結構連接，例如通過配合的止動件。再者，浮體可以包括幾個元件。而且，例如當立管結構沿著浮體通過時，浮體上就可以不設置引導立管結構穿過的孔。此外，中心孔的側壁能以較大的角度向外延伸。這種結構在採用的立管分段的側壁在壓靠孔的側壁時可能被損壞的情況下特別有利。而且，導向件可以設計為除導向管外的其它型式，例如帶有一些導向軌道的敞開導向件或者浮體圍繞它而被引導的中心導向杆。另外，浮體的底側面不是必需封閉的，其底側面也可以是敞開的。而且，在浮體和/或導向件和海上結構之間，可以採用其它型式的可調節長度的連接件，例如採用沿滑輪或導軌運行的絞車纜。
而且，浮體和導向件的截面可以設計成能夠阻止它們在導向件內沿軸向旋轉的橢圓形、三角形或者多邊形。而且，當設置有一個與導向件配合以阻止沿軸向旋轉的突出件時，所述截面還可以設計成圓形。
本領域技術人員能夠很容易地理解這些變型，並且這些變型都落在下面所述的本發明的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種浮動的海上結構，包括一用於懸掛立管結構的懸吊機構，其中，懸吊機構包括一導向件，在使用中該導向件靠近水面延伸；一個沿軸向運動的浮體；以及設置有與立管結構聯接的聯接裝置。
2.根據權利要求1所述的浮動的海上結構，其特徵在於，導向件包括一導管，浮體包括一設置有浮動腔的套筒，所述套筒容納在導向管內以便軸向運動。
3.根據權利要求1或2所述的浮動的海上結構，其特徵在於，浮體容納在導向件內，以防止其沿軸向旋轉。
4.根據前面任何一項權利要求所述的浮動的海上結構，其特徵在於，浮體包括一帶有可控制的平衡裝置的浮動腔。
5.根據前面任何一項權利要求所述的浮動的海上結構，其特徵在於，浮體具有一個引導立管結構從其穿過的中心孔。
6.根據前面任何一項權利要求所述的浮動的海上結構，其特徵在於，浮體可拆卸地與導向件連接。
7.根據前面任何一項權利要求所述的浮動的海上結構，其特徵在於，導向裝置與海上結構連接，從而可以將導向裝置調節到水面之上的某一位置。
8.用於或適合包括在根據前面任何一項權利要求所述的海上結構的導向件內的一浮體，它包括一套筒，該套筒具有一浮動腔；聯接裝置，用於與立管結構聯接；以及一中心孔，用於引導立管結構從其穿過。
全文摘要
一浮動的海上結構(1)包括一用於懸掛立管結構(6)的懸吊機構(7)。懸吊機構包括一在使用中靠近水面延伸的導向件,一浮體(12)設置在該導向件內作軸向運動。浮體包括一與立管結構聯接的聯接裝置(13)。本發明還涉及一個浮體。
文檔編號E21B17/01GK1343171SQ00804761
公開日2002年4月3日 申請日期2000年2月16日 優先權日1999年2月16日
發明者漢斯·范德波爾 申請人:漢斯·范德波爾