半潛船及操作方法

2023-05-23 06:05:16 3

專利名稱：半潛船及操作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於海上作業的半潛船，具有用於容納設備的作業甲板、至少一個下船體，用以對船進行壓載和卸壓的壓載系統，以及連接作業甲板和所述至少一個下船體的連接結構。
背景技術：
這樣的半潛船通常用在許多特定的海上任務中，例如，用於海上鑽探設備、安全船、產油平臺，以及大型起重船。半潛船強於普通船隻的優點是，通過在水面和波浪下方設置可壓載的、不透水的下船體，例如浮船，可以實現有限的波浪敏感度和良好的耐海性特點。作業甲板位於海平面之上，因此很好的遠離波浪。連接結構的作用是從至少一個下船體支承作業甲板，同時保持水線面面積(即，水平截面面積，或者換句話說連接結構與水面相交的面積)相對較小，目的是與單體船相比保持使波浪對船體的影響較小。因此，半潛船受到波浪負載的影響要小於普通船隻，這對進行海上作業是有利地。半潛船的優點為本領域公知。公開號為US4. 646. 672的美國專利示出了這樣一種半潛船的實例。目前的半潛船的缺點是特別不適合於結冰的水域，即，存在大量冰的水域。

發明內容
因此，本發明的目標是提供一種既適用於無冰水域又適用於結冰水域的半潛船。因此，本發明提供一種用於海上作業的半潛船，所述半潛船適用於在結冰水域和無冰水域作業，該半潛船包括-用於容納設備的作業甲板；-至少一個下船體，例如浮船；-介於所述至少一個下船體和所述作業甲板之間的基本豎直的連接結構；-用於壓載或卸壓的壓載系統；其中所述連接結構具有水部(water portion)和布置在該水部之上的破冰部(icebreaking portion),其中所述半潛船構造成具有用於結冰水域的破冰吃水(icebreaking draft)和用於無冰水域的無冰吃水(water draft),其中在所述用於結冰水域的破冰吃水中,水線或冰線與所述破冰部基本齊平，在所述用於無冰水域的無冰吃水中，水線與所述水部基本齊平，其中所述破冰部具有封閉的錐形輪廓，並且其中所述連接結構的水部在吃水過程中與水面相交的共有面積小於所述連接結構的破冰部在破冰吃水過程中與水面相交的共有面積。根據本發明所述的半潛船的優點是，所述半潛船由於其壓載系統，能夠使其吃水適應周圍水域的狀況。如果周圍水域無冰，所述半潛船能夠在水線與所述水部基本齊平的吃水中作業，因此確保所述半潛船具有波浪影響最小的典型的半潛船運行狀況。然而，如果周圍水域全部或者部分的充滿冰，所述半潛船能夠將吃水變到水線或者冰線與破冰部基本齊平的破冰吃水。改變所述半潛船的吃水是通過適當地操作壓載系統完成的。當冰撞擊半潛船時，破冰部由於其錐形輪廓而能夠破冰或者至少將冰引開。如果在結冰水域破冰部的破冰屬性更加重要，由於破冰部與水面相交的面積變大因而增加波浪對半潛船的影響。因此，獲得了一種更加多用途的半潛船，其能夠通過改變吃水適應周圍的水域狀況。在一個實施例中，破冰部基本為圓形形狀，S卩，封閉輪廓具有圓形的水平截面。優選地，所述破冰部設置為單一封閉錐形輪廓。圓形結構的優點是冰可以來自於任何方向，即，作用在半潛船上的力基本獨立於半潛船的定向。所述破冰部的其他形狀，例如，正方形，矩形，橢圓形等等雖然有利性較低，但仍包括在本發明範圍之內。破冰部的輪廓可以向上或向下形成錐形，因為兩種形狀都能夠破冰。向上和向下·錐形的結合也是可能的。例如，破冰部可以具有沙漏形狀的輪廓，即，布置在彼此頂部上的兩個相對的圓錐。為了在破冰過程中承受相對較高的力，所述輪廓可由壁形成，其優選為厚於用於水部和下船體的壁，所述壁優選由金屬製成。所述壁可以是粗糙的或者包括突起物，可以是光滑的和/或有塗層的，可以不必是100%封閉的。小開孔，例如可關閉的艙口，穿孔等等仍然包括在本發明的範圍內，只要輪廓的絕大部分是封閉的，即為實心壁。有利地，小開孔可以用於使破冰部通風。在一個實施例中，破冰部的外輪廓可以設有熱元件用以對外輪廓和/或冰加熱，有助於破冰。當破冰部的錐形輪廓向下呈錐形時，豎直延伸輪廓優選設置在錐形輪廓鄰近下方，從而撞擊錐形輪廓的冰可以朝著所述豎直延伸輪廓引開，該豎直延伸輪廓有助於破冰並阻止冰到達半潛船的下方。有利地，圍繞半潛船的豎直中心軸設有大體對稱的水部和/或下船體，從而半潛船的運行狀況在無冰吃水期間中成為與其定向獨立。在一個實施例中，下船體在俯視圖中為碟形形狀，優選在俯視圖中具有內徑和外徑的環形形狀。所述下船體在所示的俯視圖中可包括圓形分段或者具有圓形分段形狀的浮船，而不是完整的圓形/環形。在一個實施例中，半潛船也可以構造成具有用於運輸目的的運送吃水，其水線與至少一個下船體齊平，其中全部下船體優選位於同一水平面。與無冰吃水和破冰吃水相比，在運輸過程中顯著減少了拖拽量。運送吃水通常通過使用壓載系統進行完全卸壓實現，其具有使半潛船減重的額外優點，其對運輸也是有利地。在一個實施例中，所述半潛船包括至少一個位於作業甲板下方的下甲板，所述下甲板與破冰部形成一體。因此，有利地，所述至少一個下甲板能夠用於加強破冰部，從而其他較重的加強結構可以被省略，從而獲得破冰部的最優重量強度比。有利地，所述下甲板可以用於存儲設備，所述設備因此可以在結冰水域中常見的惡略環境中受到保護。在一個實施例中，連接結構的水部包括多個柱體。所述多個柱體可以設置在破冰部和作業甲板之間，從而水部位於破冰部之上；或者所述多個柱體可以設置在破冰部和至少一個下船體之間，例如至少一個浮船，從而水部位於破冰部之下。在另一個可能的實施例中，其中連接結構包括多個破冰部和/或多個水部，從而例如破冰部可以夾在兩個水部之間，或者水部可以夾在兩個破冰部之間。在一個實施例中，連接結構的外部輪廓具有沙漏形狀，S卩，一個倒置的截斷圓錐放置在另一個截斷圓錐上。在第一情況中，所述倒置的截斷圓錐由水部形成，所述截斷圓錐由破冰部形成，因此水部位於破冰部之上。在第二情況中，所述倒置的截斷圓錐由破冰部形成，所述截斷圓錐由水部形成，因此水部位於破冰部之下。如果水部為圓錐形狀，並且包括多個柱體，這表示所述柱體相對於半潛船的豎直軸傾斜延伸，並且指向空間中的一個公共點。對於所述水部位於所述破冰部上方的第一情況，與破冰部碰撞的冰被向上朝著作業甲板引開。所述水部的倒置圓錐形狀有助於破冰並且阻止冰被引到作業甲板上。對於所述破冰部位於所述水部上方的第二情況，與破冰部 碰撞的冰被向下朝著至少一個浮船引開。所述水部的圓錐形狀再次有助於破冰並且阻止冰被引到半潛船下方，防止對用於可將半潛船錨固在海底的錨繩的可能的破壞。連接結構的下部為向上形成錐形的一個優點是，連接至連接結構的下部的下船體可以具有較大的到半潛船中心的距離，因此改善了半潛船的運行狀況，例如，增加了對造成翻滾和俯仰運動的海面狀況的抵抗能力。在一個實施例中，所述多個柱體圍繞中心空間布置，優選為等距布置。這使得半潛船在所述水部的高度方向上的中心自由的作業，例如在半潛船中心進行鑽探作業。在一個實施例中，所述水部中的一個或多個開孔，例如介於多個柱體之間的開孔，可以設有網或者網狀結構用以阻止能夠通過所述開孔進入中心空間從而可能導致鑽探設備的問題或破損的冰經由所述開孔進入水部的中心空間，同時水能夠自由通過所述網或網狀結構。所述網或網狀結構可以具有柔韌性，但也可以設置為排列的剛性杆，從而在開孔中實現網或者網狀結構。所述網或者網狀結構的開孔大小限定了被阻止進入中心空間的冰體的大小。有利地，所述網或者網狀結構可進一步用作熱元件，例如通過穿過剛性杆的熱水。然後，撞擊所述網或者網狀結構的冰物質被加熱並因此融化，從而在半潛船作業過程中減少了冰物質引發問題的風險。流過剛性杆的熱水可以來源於例如用於發動機的冷卻水，然後有利地利用所述網或者網狀結構冷卻。在一個實施例中，半潛船上的設備的冷卻能夠通過在多個柱體之間的中心空間進行排熱實現。這具有額外的優點是，穿透所述中心空間的冰物質受熱，並因此減少了冰物質引發問題的機會。在一個實施例中，所述網或者網狀結構被冷卻，從而能夠通過冰的形成封閉所述網或者網狀結構的開孔。以這種方式，在多個柱體之間的開孔能夠可控地關閉，用以阻止冰物質穿透所述中心空間。當需要將冰從所述網或者網狀結構除去時，網或者網狀結構能夠如上所述被加熱。所述網或者網狀結構的冷卻可以利用由於低溫環境而能夠隨意獲得的寒冷氣體完成。在一個實施例中，所述下船體為環形下船體，使得半潛船在下船體的高度方向上的中心允許自由的用於鑽探作業。柱體和環形下船體的結合也是可能的。優選地，作業甲板上設有月池，破冰甲板上設有孔/開孔用以允許鑽探設備，例如鑽管(drilling tubular)延伸穿過半潛船。在一個實施例中，防護壁可以圍繞月池在中心空間從半潛船向下延伸，用作保護延伸穿過月池的鑽探設備抵禦進入中心空間的冰。為了該目的，所述防護壁優選延伸到所述無冰吃水下方。所述防護壁不必為實心壁，但可以具有用於使氣體和水穿過防護壁的小開孔。在一個實施例中，額外的開孔或者貫穿孔可以延伸穿過作業甲板直到中心空間，從而氣體能夠經由開孔或者貫穿孔在中心空間和半潛船周圍之間流動。優選地，所述開孔或者貫穿孔分別設有閥用以使該開孔或者孔受控打開或者關閉。當氣體在中心空間被滯留時，例如，由於使用防護壁，這樣是特別有利地。當半潛船下潛時，滯留的氣體壓力將增加，在半潛船重新浮上水面的情況下，壓力將下降。通過打開所述開孔或者貫穿孔的閥，氣體能夠與周圍交換，從而壓力基本保持恆定。所述額外的開孔或者貫穿孔從中心空間延伸到半潛船的另一部分也是可能的，例如半潛船在水平面之上的側表面。所述開孔或者貫穿孔的截面優選限制成阻止氣體迸發而出。當達到特定吃水時，閥能夠分別再次關閉。在一個實施例中，所述包括在水部中的柱體的數量介於4至12之間，優選為介於6至10之間，更優選地為8。在一個實施例中，在吃水處於無冰吃水的情況期間，所述連接結構與水平面相交的面積包括多個分別對應於多個柱體的單獨截面。所述多個單獨截面可以以圓形方式布置用以限定外切圓和內切圓。所述外切圓和內切圓一起形成環形形狀。所述在無冰吃水中與水平面相交的多個單獨截面的共有面積優選為環形總面積的50%至70%。更優選地，所述多個單獨截面的共有面積為環形總面積的約60%。當與上述的水部具有約八個柱體的特徵結合時，就半潛船的運動狀況相對於結構可行性而言，已達到最優。所述具有柱體的實施例的優點在於，由柱體的圍成的水體具有表現為部分封閉的系統的趨勢。所述水體僅能夠經由介於所述柱體之間的開孔和所述下船體(優選為環狀下船體)的優選的開孔與周圍的水域連通。通過設置所述開孔的大小並從而設置從所述水體到所述周圍的水域的水流的流動阻力，或者從周圍的水域到所述水體的水流的流動阻力，水體的運行狀況能夠得到優化。在一個實例中，所述水體將具有水的豎直運動的所謂的活塞模式，其中對現有開孔大小的設置能夠調整所述活塞模式運動的頻率。因此，活塞模式的運動頻率能夠調整，從而所述水體與圍繞半潛船的水的運動反相位移動。因此，由所述水體的豎直運動和周圍的水的運動產生的作用在半潛船上的激勵力將會相互抵消，從而半潛船的起伏的運動保持相對較低。如果半潛船在開闊水面用做鑽井船，受限制的起伏運動是重要的要求。自然起伏周期優選長於半潛船作業區域中的典型的波浪波動周期的範圍。通常，21秒的自然起伏周期對於在惡劣環境中作業被認為是必要的。通過對前述開孔大小的優化，其能夠通過對所述柱體和/或下船體的形狀和大小的優化進行優化，所述活塞模式運動的自然周期能夠設為4到15秒的典型範圍。因此，所述補償作用仍能夠在短於半潛船自然起伏周期的周期中發生。通過既使波浪波動周期中的起伏運動最小化又使自然起伏周期附近的起伏運動最小化能夠發現優化。在一個實例中，當下船體為環形下船體時，即，環形浮船，所述浮船的形狀和大小能夠通過改變浮船的內徑和/或外徑在設計階段得到優化，同時保持浮船的總體積不變用以保持相同的浮力。如果浮船的豎直高度恆定，改變內徑會自動確定外徑。已經發現，調整環形浮船的開孔形狀並從而改變浮船的形狀，與調整介於所述柱體之間的開孔形狀相比，對於運行狀況產生更多影響。在一個實施例中，下船體的開孔和/或介於柱體之間的開孔可在作業期間能夠調整，例如，通過半潛船上的可移動擋板。以這種方式，能夠改變所述活塞模式運動的頻率，並適用於水面狀況，從而能夠在作業期間調整半潛船的運行狀況。在一個實施例中，所述水部可具有封閉輪廓。這樣的優點是穿過半潛船中心的設備受到保護免受周圍環境，例如，風、冰等等的影響。所述水部包括有位於水部之上具有封閉外輪廓的柱體，其優點是如果月池位於作業甲板中，由於半潛船或者水的運動而引起的流過月池的空氣量降到最低，這是因為空氣能夠流過柱體之間的開孔。所述半潛船可進一步包括錨繩，例如，以可存儲在設在半潛船底部(例如，在下船體或者浮船中)的錨鏈艙中的繫船鏈的形式。當繫船鏈連接至海底時，錨鏈艙基本是空的，並且可以被壓載系統用於對半潛船壓載或者卸壓，即錨鏈艙可以被水和/或空氣充滿，目的是對半潛船壓載和卸壓。在一個實施例中，半潛船構造成在其至少一個吃水的期間，其重心能夠位於浮心之上。優選地，重心在無冰吃水期間位於浮心之上。在破冰吃水期間，浮心可以在重心之上。在一個實施例中，半潛船可以設有動態定位系統，其具有安裝在例如下船體上的推進器，用以將半潛船定位在所需位置上。本發明還涉及一種鑽探設備，通過所述鑽探設備的方式用於鑽探海下油井，例如石油，天然氣，地熱井，所述鑽探設備包括-塔；-適用於對在至少一條豎直延伸行進線上的鑽管進行操作的起重裝置；-用於存儲鑽管的存儲裝置；-用於在存儲裝置和至少一條行進線之間移動鑽管的管道支架，其中，在俯視圖中所述塔在所述塔長度的絕大部分上具有圓形截面，優選為在所述塔的全部長度上具有圓形截面。所述塔具有封閉外輪廓，且具有外壁。這使得鑽探設備可以用在惡劣的環境中，例如，結冰水域。圓形截面的優點在於所述塔具有更多的空氣動力學的外觀，導致減少由於風力而作用在塔上的負載，並導致負載對於所述塔的定向的獨立性。具有防冰裝置並從而具有封閉外輪廓的塔，與普通開放式塔相比，更易受到風的影響，從而所述圓形截面比起開放式塔在這種情況下更為有利。在一個實施例中，塔具有圓錐形狀，優選為小錐角圓錐形，其中塔的高度要大於塔的最大直徑。所述塔可以為截斷圓錐，能夠具有封閉的頂部用於阻止雪或者雨水從上方進入塔。在一個實施例中，所述存儲裝置和管道支架位於塔的內部。這對於需要保護所有裝備的具有防冰裝置的塔特別有利。其進一步簡化了對位於塔內部的鑽管的操作。與安放在鑽探設備下方(例如，半潛船的下甲板)的鑽管的單獨的存儲位置結合，鑽管可以在塔和單獨的存儲位置之間轉移，而不用暴露到惡劣的環境，因而不需要在塔內的大的開孔。這同樣能夠應用在存儲裝置本身。在一個實施例中，封閉的外輪廓由框架結構支撐的板材形成。在一個實施例中，封閉的外輪廓由自支撐的板材形成，即不需要單獨的框架結構支撐板材，可通過在外輪廓的內部或者外部的加強元件增強，例如，肋材或剛性構件。本發明還涉及一種包括有根據本發明的鑽探設備的半潛船，例如，這裡描述的半潛船。在一個實施例中，所述半潛船包括圓形作業甲板，由圓形形狀的或者圓形排列的結構部件形成，其中所述塔與作業甲板的結構部件形成一體。由於塔的圓形截面，鑽探設備 能夠容易的適用於半潛船的構造。圓形半潛船可以包括豎直的結構部件，在俯視圖中示為沿徑向延伸。圓形塔能夠容易的與這些結構部件形成一體，從而由塔引入的負載能夠有效地傳遞至結構部件，而不用考慮過多的變形和/或加固問題。在一個實施例中，所述半潛船包括月池，鑽探設備通過該月池能夠進行鑽探作業，並且其中限定月池的外周長的壁部與設置在月池上方的鑽探設備的塔形成一體。在一個實施例中，所述半潛船為上述的半潛船。本發明還涉及一種用於操作根據本發明的半潛船的方法，其中當半潛船在無冰水域中時，操作壓載系統用以將半潛船的吃水變成無冰吃水，當半潛船在結冰水域中時，操作壓載系統用以將半潛船的吃水變成破冰吃水。本發明還涉及一種用於海上作業的半潛船，其適合於在結冰水域和無冰水域作業，所述半潛船包括-用於容納設備的圓形作業甲板；-環形(S卩，環形形狀)下船體，例如，浮船；-介於所述下船體和所述作業甲板之間的連接結構；-用於對半潛船壓載或卸壓的壓載系統；其中，所述連接結構具有水部和破冰部，所述破冰部布置該水部之上，其中所述水部包括布置圓形的柱體並且所述柱體從下船體向內傾斜延伸，其中所述破冰部具有封閉的向下成錐形的輪廓，從而所述連接結構具有沙漏形狀。其中所述半潛船構造成具有用於結冰水域的破冰吃水和用於無冰水域的無冰吃水，其中在所述用於結冰水域的破冰吃水中，水線或冰線與所述破冰部基本齊平，在所述用於無冰水域的無冰吃水中，水線與所述水部基本齊平，並且其中在無冰吃水期間所述柱體與水面相交的共有面積小於在破冰吃水期間所述連接結構的破冰部與水面相交的共有面積。如果適用，所述半潛船也可以包括上面已經描述的特徵。


本發明現在將結合附圖用非限定性的方式進行描述，其中相同的附圖標記表示相同的零件，並且其中圖1示出了根據本發明的實施例的半潛船的豎直剖面；圖2示出了圖1的半潛船的水部的水平剖面圖；圖3A示出了圖1的半潛船的高度示意立體圖；圖3B示出了具有的額外特徵的圖3A的半潛船；圖4示出了根據本發明的另一實施例的半潛船的高度示意立體圖；圖5示出了根據本發明的實施例的鑽探設備的水平剖面圖；圖6示出了根據本發明的另一實施例的具有鑽探設備的半潛船的部分剖開的立體圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的實施例的半潛船I的豎直剖面。半潛船I包括作業甲板3用於容納設備。在該實施例中，所述設備包括具有塔4a和起重裝置的鑽探設備4，所述起重裝置包括固定頂驅動4c的負載連接器4b，起重索4d，以及起重絞盤4e。塔4a可具有在俯視圖中為圓形截面的封閉的壁。在該實施例中，因此塔的主要部分為圓柱形。在圓柱形頂部，設有錐形部。所述半潛船I進一步包括浮船5和介於浮船5和作業甲板3之間的基本豎直的連接結構7。在所述連接結構的不同高度，畫出的水平虛線11，13，14，15用於示出連接結構的不同部位。在虛線11和13之間，設有具有封閉錐形輪廓21的大體為圓形的破冰部17。這裡為向下錐形。在虛線11處，破冰部17的直徑可以例如大約為106米，而虛線13處的直徑可大約為90米。在虛線13和14之間，設有的中間部將在下文更具體的描述。在虛線14和15之間，設有水部。在該實施例中，破冰部17因此布置在水部19的上方。半潛船I進一步包括水壓載系統。在該實施例中，壓載系統包括多個壓載艙9，其布置在浮船5內。所述壓載系統構造成對半潛船壓載和卸壓，從而改變半潛船的吃水，其將在後面更具體的描述。對半潛船的壓載可以通過對浮船的壓載艙並且也可能是連接結構中的艙體填充水來完成。對半潛船的卸壓可以通過排空所述浮船的壓載艙並且也可能是連接結構中的艙體來完成。應該意識到這裡所述的水壓載系統及其操作為半潛船領域公知的，並將不再過多具體描述。半潛船I構造成具有用於結冰水域的破冰吃水和用於無冰水域的無冰吃水。其中在所述破冰吃水中，水線或者冰線23基本與破冰部17齊平，在所述無冰吃水中，水線25與水部19齊平。在該實施例中，所述半潛船也可以具有用於運輸目的的運送吃水和用在洶濤水面的生存吃水，其中在運送吃水中，其水線27與浮船5齊平，在生存吃水中水線29與水部齊平但低於在正常作業期間的水線25。由於該低水線，所述半潛船能夠更好的承受具有相對較高波浪的洶濤海水，這是由於相對較高的波浪到達作業甲板的機會較小。圖1中，同時示出了全部水線23，25，27，29。然而，本領域技術人員應該理解，在同一時間僅有一條水線能夠適用。示出全部水線僅為了清楚描述本發明。半潛船I在浮船底部和甲板3之間的高度可以近似為50米。在該情況下，冰線23可以在距離浮船5的底部之上約40米處，水線25可以在距離浮船5的底部之上約18-22米處。半潛船I還可以包括位於甲板3之下的下甲板31，在這種情況下，所述下甲板形成一體到所述連接結構的破冰部中。所述破冰部具有碟形形狀，其具有剛性結構能夠承受半潛船周圍的冰的較高的力。在圖1的實施例中，所述水部包括多個柱體33，所述多個柱體33圍繞處在所述甲板結構下方的中心空間35等距分布。圖1中，僅示出了兩根柱體33。這裡所述多個柱體33從浮船以相對豎直方向向內傾斜延伸，從而與向下呈錐形 的破冰部結合，所述連接結構的外輪廓具有沙漏形狀。所述破冰部17形成沙漏形狀的倒置的被截斷的上椎體，多個柱體形成沙漏形狀的被截斷的下椎體。沙漏形狀的優點是，位於沙漏形狀的下端的浮船5能夠具有相對較大的外半徑，改善半潛船的運行狀況。示出所述浮船5為環形，並具有圓形外輪廓和圓形內輪廓。優選地，如該實施例所示，所述浮船與所述水部相比具有較大的水平截面，這是由於浮船5較大的水平截面對海面狀況引起的運動提供緩衝作用。這裡，月池37穿過所述作業甲板和所述破冰部的下甲板延伸，從而穿過月池37和中心空間35,並穿過環形浮船5的眼開孔39 (eye opening)執行鑽探作業。在圍繞月池37的中心空間35中，從半潛船向下延伸，S卩，從下甲板31向下，為豎直壁36。所述豎直壁延伸到對應於無冰吃水的水線25之下，從而在無冰吃水期間，穿過柱體33之間的開孔進入到中心空間的冰體被阻止到達所述延伸穿過月池進入水中的鑽探設備。豎直壁36可以設有小開孔用以使水和空氣(優選的，以及不會對鑽探設備造成任何威脅的足夠小的冰體)穿過豎直壁。兩個貫穿孔穿過甲板從中心空間35延伸到達外部環境，其分別為貫穿孔51和57。貫穿孔51為從中心空間穿過作業甲板3延伸的貫穿孔。貫穿孔57從中心空間35延伸到半潛船的側部。兩個貫穿孔都能夠在中心空間和外部環境之間交換空氣。貫穿孔51中設有閥53，其布置在作業甲板3。貫穿孔57中也設有閥55，然而閥55布置在貫穿孔57中的一半處，而不是像閥53和其對應的貫穿孔51 —樣布置在貫穿孔的一端。閥53和55都示出為打開狀態，然而能夠關閉以關閉各自的貫穿孔。所述閥可以用以影響半潛船的運行狀況，這是由於所述閥影響介於中心空間和外部環境之間的空氣的流動狀況，並且位於中心空間的空氣當其至少部分地被困住時，由於其像彈簧一樣的運行狀況，所述空氣能夠對運行狀況產生巨大影響。產生廢熱的設備，例如，發動機和電動機設置在半潛船的所述甲板上。所述熱可以從甲板上的所述設備排到中心空間35中，由箭頭59示意性地示出，用以對那裡的空氣加熱，並優選地也對由於疏忽而進入中心空間35的冰物質直接或間接的加熱，通過融化冰物質使得冰物質對半潛船的作業造成的影響降到最低。圖2示出了圖1的半潛船I的水部19的水平剖面圖。在該實施例中設置為連接圖1的破冰部17和浮船5的八根柱體33現在是可見的。所述八根柱體33以圓形方式圍繞中心空間35等距布置。八根柱體一起，即，八個柱體的橫截面限定了內切圓41和外切圓43。圓41和43 —起形成環。
在該實施例中，所述柱體的橫截面為圓的分段，S卩，其橫截面勻稱的組成環形。然而，所述橫截面也可以為矩形或者圓形。進一步地，柱體本身可以不以完全的圓形方式布置，例如，橢圓形或矩形。優選地，所述柱體截面的共有面積為由圓41和43形成的環的總面積的50%_70%，在該實施例中，大約為60%。參考圖1，圖1的連接結構也可包括介於虛線13和14之間的中間部18，其為優選的選擇。所述中間部具有封閉豎直延伸的輪廓22，其在破冰吃水期間幫助破冰。撞擊輪廓21的冰將被朝著所述水部向下引開。如果缺少中間部22，所述冰將有機會在所述柱體之間移動進入中心空間35內，並能夠破壞那裡的鑽探設備。通過在水部19正下方設置中間部·22，被引開的冰會在到達所述水部之前首先撞擊中間部，從而冰先被打碎，並且消除了移動到所述中心空間的機會，即使當冰達到所述中心空間時，由於冰已經碎成更小的碎片，破壞效果變小。當所述水部具有封閉輪廓時，中間部可以被省略，這是由於封閉輪廓使得冰進入中心空間35的機會更小。圖3A示出了根據圖1的半潛船I的高度示意立體圖。鑽探設備4和月池37在該圖中被省略。從頂部到底部分別示出作業甲板3，破冰部17，水部19，柱體33，以及浮船5。所述作業甲板3為圓形形狀，然而能夠使用任何任意形狀。能夠看出，破冰部就設置在作業甲板的下方，從而破冰部在作業甲板下方與下甲板部分地形成一體。圖3B示出了圖3A的半潛船1，然而現在包括了位於柱體33之間的開孔中的網狀結構。在該實施例中的所述網狀結構由剛性杆34形成(為了清晰的原因僅其中的一些由附圖標記34示出)。所述剛性杆限定了具有開孔的網格，開孔足夠小用以阻止對半潛船內部的設備造成威脅的足夠大的冰體穿過介於柱體之間的開孔進入到半潛船。在可選擇的實施例中，所述網狀結構可以設置成使用柔性纜索或金屬線的網來取代剛性杆。在一個實施例中，可以通過網狀結構的冷卻從而在剛性杆34之間結冰並關閉網狀結構的開孔，來阻止進入中心空間的冰體或者冰物質。當網狀結構的開孔需要再次打開，網狀結構需要加熱除冰。有利地，網狀結構的加熱也可以用於對穿過網狀結構的開孔的冰物質加熱。有利地，利用來自外部環境的寒冷空氣來完成對網狀結構的冷卻，例如，使寒冷空氣在剛性杆中流動穿過，為了該目的可以在剛性杆中設置中心孔。所述同樣的孔可以用於使暖的流體，例如來自發動機的加熱過的冷卻水在剛性杆中流動穿過用以對網狀結構加熱。圖4示出了根據本發明的另一實施例的半潛船I的高度示意立體圖。所述半潛船I與圖3A的半潛船I相似,然而水部19具有封閉輪廓24，而不是柱體。圖5示出了根據本發明的實施例的鑽探設備的水平剖面圖。所述鑽探設備包括具有塔T，所述塔T在俯視圖中具有圓形封閉外輪廓壁OC。所述鑽探設備進一步包括起重裝置，所述起重裝置適用於在至少一個豎直延伸的行進線FL中操作鑽管。所述起重裝置可以部分地或者全部布置在塔T內部。優選地，特別當外輪廓封閉時，起重絞盤布置在所述塔外面，位於一個單獨地空間內。在塔T內部，設有用於存儲鑽管的第一存儲裝置FS和第二存儲裝置SS。所述存儲裝置可以具有槽或者所述鑽管可以在其中豎直懸浮的槽或者指梁。在第一存儲裝置FS和行進線之間，設有第一管道支架FP用於在第一存儲裝置和行進線之間移動鑽管。類似地， 在第二存儲裝置和行進線之間設有第二管道支架SP用於在第二存儲裝置和行進線之間移動鑽管。
圖6示出了包括根據本發明的鑽探設備的根據本發明的部分剖開的半潛船I。
半潛船I包括作業甲板3，藏在水下的浮船，以及將所述連接作業甲板與所述浮船連接的連接結構7。連接結構包括具有傾斜外輪廓的破冰部17和水部19。破冰部和水部一起限定為沙漏形狀。
月池37穿過作業甲板和破冰部延伸，用以使鑽探作業穿過半潛船執行。為了油井的鑽探，半潛船包括位於作業甲板頂部的鑽探設備。出於簡化的原因，僅示出了塔T和行進線FL。所述塔具有封閉外輪廓0C，其被部分地剖開用以示出塔T的內部。在該實施例中， 外輪廓OC由能夠自支撐的板型材料形成，S卩，不需要框架結構用以保持形狀。然而，在鑽探過程中，作用在塔上的負載可以相對較大，從而在該實施例中，外輪廓可以使用在管道T內部安裝的加強肋材SR進行加固。可選擇地，所述加強肋材可以安裝在塔的外面。在該實施例中，所述加強肋材SR為螺旋形狀並從塔的 底部到頂部安裝。
圖6沒有示出的是塔T的頂部能夠以適合的方式封閉用以阻止雨或者雪從上方進入塔。
權利要求
1.一種用於海上作業的半潛船，所述半潛船適用於在結冰水域和無冰水域作業，該半潛船包括-用於容納設備的作業甲板；-至少一個下船體；-介於所述至少一個下船體和所述作業甲板之間的基本豎直的連接結構；-用於對所述半潛船壓載或卸壓的壓載系統；其中所述連接結構具有布置在彼此頂部上的水部和破冰部，其中所述半潛船構造成具有用於結冰水域的破冰吃水和用於無冰水域的無冰吃水，其中在所述破冰吃水中，水線或冰線與所述破冰部基本齊平，在所述無冰吃水中，水線與所述水部基本齊平，其中所述破冰部具有封閉的錐形輪廓，並且其中所述連接結構的水部在所述無冰吃水期間與水面相交的共有面積小於所述連接結構的破冰部在所述破冰吃水期間中與水面相交的共有面積。
2.根據權利要求1所述的半潛船，其中所述破冰部位於所述水部和所述作業甲板之間。
3.根據權利要求1所述的半潛船，其中所述水部位於所述破冰部和所述至少一個下船體之間，例如，至少一個浮船。
4.根據前述一項或多項權利要求所述的半潛船，其中所述破冰部主要為圓形，並優選地具有單一封閉輪廓。
5.根據前述一項或多項權利要求所述的半潛船，其中所述半潛船包括在所述作業甲板下方的至少一個下甲板，所述至少一個下甲板與所述破冰部形成一體。
6.根據前述一項或多項權利要求所述的半潛船，所述半潛船包括海下鑽探設備和穿過一個或多個甲板的月池，其中鑽探作業能夠穿過所述月池進行。
7.根據前述一項或多項權利要求所述的半潛船，其中所述連接結構的水部由多個柱體形成。
8.根據權利要求7所述的半潛船，其中所述柱體從所述下船體朝向所述半潛船的中心向內傾斜延伸。
9.根據前述一項或多項權利要求所述的半潛船，其中所述水部具有單一封閉輪廓。
10.一種鑽探設備，通過所述鑽探設備的方式用於鑽井，例如石油，天然氣，或者地熱井，所述鑽探設備包括-塔；-適用於對在至少一條豎直延伸的行進線上的鑽管進行操作的起重裝置；-用於存儲鑽管的存儲裝置；-用於在所述存儲裝置和所述至少一條豎直延伸的行進線之間移動鑽管的管道支架，其中，在俯視圖中所述塔在所述塔長度的絕大部分上具有圓形截面，優選為在所述塔的全部長度上具有圓形截面。
11.根據權利要求10所述的鑽探設備，其中所述塔具有封閉外輪廓。
12.根據權利要求10或11所述的鑽探設備，其中所述存儲裝置和所述管道支架位於所述塔的內部。
13.根據權利要求11所述的鑽探設備，其中所述封閉外輪廓由框架結構支撐的板材形成。
14.根據權利要求11所述的鑽探設備，其中所述封閉外輪廓為自支撐，並且通過位於內部和/或外部的加強元件加固。
15.一種包括根據權利要求10到14的一項或多項所述的鑽探設備的半潛船。
16.根據權利要求15所述的半潛船，其中所述半潛船包括由圓形的結構部件或者圓形排列的結構部件形成的圓形作業甲板，並且其中所述塔與所述作業甲板的結構部件形成一體。
17.根據權利要求15或16所述的半潛船，其中所述半潛船包括月池，所述鑽探設備能夠穿過所述月池進行鑽探作業，並且其中限定所述月池外周長的壁部與設置在所述月池上方的鑽探設備的所述塔形成一體。
18.根據權利要求15到17的一項或多項所述的半潛船，其中所述半潛船為根據權利要求I到9的一項或多項所述的半潛船。
19.一種用於操作根據權利要求1到9或者18的一項或多項所述的半潛船的方法，其中當所述半潛船在無冰水域時，操作所述壓載系統用以將所述半潛船的吃水變成所述無冰吃水，當所述半潛船在結冰水域時，操作所述壓載系統用以將所述半潛船的吃水變成所述破冰吃水。
全文摘要
本發明涉及一種用於海上作業的半潛船，所述半潛船適用於在結冰水域和無冰水域作業，該半潛船包括-用於容納設備的作業甲板；-至少一個下船體；-介於所述至少一個下船體和作業甲板之間的基本豎直的連接結構；-用於對船進行壓載或卸壓的壓載系統；其中連接結構具有布置在彼此頂部上的水部和破冰部，其中半潛船構造成具有用於結冰水域的破冰吃水和用於無冰水域的無冰吃水，其中在破冰吃水中，水線或冰線與破冰部基本齊平，在無冰吃水中，水線與水部基本齊平，其中破冰部具有封閉的錐形輪廓，並且其中連接結構的水部在無冰吃水過程中與水面相交的共有面積小於連接結構的破冰部在破冰吃水過程中與水面相交的共有面積。
文檔編號B63B1/02GK103003142SQ201180033937
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月7日 優先權日2010年7月8日
發明者J·魯德博格, M·L·布林克曼, A·別列茲尼茨基 申請人:伊特裡克公司