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CN102438890B - 海上浮动钻探、生产、储存和卸载结构 - Google Patents

海上浮动钻探、生产、储存和卸载结构 Download PDF

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CN102438890B CN201080018347.9A CN201080018347A CN102438890B CN 102438890 B CN102438890 B CN 102438890B CN 201080018347 A CN201080018347 A CN 201080018347A CN 102438890 B CN102438890 B CN 102438890B
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Abstract

一种海上结构具有：垂直对称的船体、上部垂直壁、设置在上部垂直壁下方的上部向内锥形壁、设置在上部倾斜壁下方的下部向外锥形壁、以及设置在下部倾斜壁下方的下部垂直壁。上部和下部倾斜壁产生响应于重波浪作用的显著起伏衰减。将赤铁矿和水的重混浆压舱物的附加物添加至船体的最下且最外部分，以将重心降低到浮心下方。海上结构提供一个或多个可动锚链连接，该可动锚链连接允许油轮在卸载期间直接锚泊至海上结构而不是锚泊至距离海上储存结构一定距离处的分开浮标。可动锚链连接包括弧形轨路，该弧形轨路具有可动滑架，该可动滑架提供允许船舶随风摆动的锚链连接点。

Description

海上浮动钻探、生产、储存和卸载结构
发明背景
1.发明领域
本发明总体涉及海上浮动船舶、平台、沉箱、浮标、船柱或用于石化产品的储存和油轮装载的其它结构。具体来说，本发明涉及用于漂浮储存和卸载(FSO)、漂浮生产、储存和卸载(FPSO)、或漂浮钻探、生产、储存和卸载(FDPSO)结构、漂浮生产/处理结构(FPS)、或漂浮钻探结构(FDS)的船体和卸载系统设计。
2.背景技术
用于石油和天然气生产、储存和卸载的海上浮动结构是本领域已知的。海上生产结构可能是例如船舶、平台、沉箱、浮标或船柱，每个通常包括支承上部结构的浮动船体。船体包括用于储存烃产品的内部隔间，且上部结构提供钻探和生产设备、船员生活舱等。
漂浮结构经受风、波浪、冰、潮汐和洋流的环境力。这些环境力产生该结构的加速、移位和摆动运动。漂浮结构对这种环境力的响应不仅受到其船体设计和上部结构的影响而且还受到其锚泊系统和任何附件的影响。因而，漂浮结构具有几个设计要求：安全地支承上部结构和有效载荷的重量的足够储备浮力、在所有情况下的稳定性、以及良好的适航特性。关于良好的适航要求，能够降低垂直起伏是非常理想的。起伏运动会产生锚泊系统内的交替张力以及生产立管内的压缩力，这会致使疲劳和失效。较大的起伏运动增加立管行程并需要更复杂且成本更高的立管拉紧和起伏补偿系统。
浮动结构的适航特性受到多种因素的影响，包括水线面面积、船体型面以及漂浮结构的运动自然周期。非常理想的是漂浮结构的自然周期显著大于或者显著小于结构所处的海洋的波浪周期，从而基本上将结构的运动与波浪运动去偶合。
船体设计涉及平衡竞争因素以对给定的因素设定达到最佳技术方案。成本、可构造性、耐久性、实用性以及安装问题是船体设计中的多个考虑因素。漂浮结构的设计参数包括吃水深度、水线面面积、吃水深度变化率、重心的位置(“CG”)、浮心的位置(“CB”)、定倾中心高度(“GM”)、帆面积和总质量。总质量包括附加质量——即，当漂浮结构移动时漂浮结构的船体周围被迫移动的水的质量。用于增加附加质量的连接至结构船体的附件是经受环境力时精调结构响应和性能特征的成本有效的方式。
几个通用的造船学定律适用于海上船舶的设计。水线面面积与引起的起伏力直接成比例。关于垂直轴线对称的结构通常经受较小的偏航力。随着垂直船体型面在波浪区域的尺寸增加，波浪引起的侧浪涌力也增加。漂浮结构可模拟为具有沿起伏和浪涌方向运动的自然周期的弹簧。沿特定方向运动的自然周期与结构沿该方向的刚度成反比。随着结构的总质量(包括附加质量)增加，结构运动的自然周期也变长。
提供稳定性的一种方法是通过在张力下用垂直筋将该结构锚泊在诸如张力支柱平台内。这种平台之所以有利是因为它们具有显著的起伏受限制的附加优点。但是，张力支柱平台是高成本结构，且因而不是在用在所有情况下都可行。
自稳定性(即不依赖于锚泊系统的稳定性)可通过形成大水线面面积来实现。当该结构纵倾或摇摆时，浸入船体的浮心转移以提供扶正力矩。尽管重心可能在浮心上方，但该结构会在相对大的横倾角下保持稳定。但是，在波浪区域内较大的水线面面积的起伏适航特性通常是不理想的。
当重心位于浮心下方时提供固有的自稳定性。上部结构、船体、有效载荷、压舱物和其它构件的组合重量可布置成低于浮心，但这种布置可能难以实现。降低重心的一种方法是在浮心下方增加固定的压舱物以平衡上部结构和有效载荷的重量。将诸如生铁、铁矿石和混凝土的结构固定压舱物放置在船体结构内或附连至船体结构。这种压舱物布置的优点是可实现稳定性而不会由于较大水线面面积而不利地影响适航性能。
自稳定结构具有独立于锚泊系统功能的稳定性的优点。尽管自稳定漂浮结构的起伏适航特性通常劣于基于筋的平台，但由于基于筋结构成本高，所以自稳定结构在很多情况下是较佳的。
已经开发了具有浮动、稳定性和适航特性的各种设计的现有技术漂浮结构。在2002年8月13日授予Byle的题为“Tendon-Based Floating Structure”(″Byle″)的美国专利第6,431,107号中提供了漂浮结构设计考虑因素的充分讨论和几个示例性漂浮结构的说明，该专利以参见的方式纳入本文。
Byle揭示了各种立柱浮标设计作为固有稳定漂浮结构的实例，其中重心(“CG”)设置在浮心(“CB”)下方。立柱浮标船体是细长的，通常安装时延伸到在水面下方六百英尺以上。船体的纵向尺寸必须足够大以提供使起伏自然周期长的质量，由此降低波浪引起的起伏。但是，由于立柱船体的大尺寸，制造、运输和安装成本增加。理想地是提供具有一体式上部结构的结构，其可在码头区制造以降低成本，而由于位于CB下方的CG而仍是固有稳定的。
2004年7月13日授予Haun且题为“Satellite Separator Platform(SSP)”(″Haun″)的美国专利第6,761,508揭示了采用可伸缩中心柱的海上平台，该专利以参见的方式纳入本文。中心柱升高到龙骨平面上方以允许平台在途中被拉过浅水到达深水安装地点。在安装地点，将中心柱下降以延伸到龙骨平面下方，从而通过降低CG而改进船体稳定性。中心柱还为该结构提供纵倾衰减。但是，该中心柱增加平台构造的复杂度和成本。
其它海上系统船体设计是本领域已知的。例如，2009年5月21日公开的Srinivasan名下的美国专利申请公开第2009/0126616号(″Srinivasan″)示出具有尖角和急剧倾斜的边的八边形船体结构以割冰和破冰，以使船体在北极操作。不像设计成减小运动的大多数常规海上结构，Srinivasan的结构设计成引起起伏、摇摆、纵倾和浪涌运动以实现冰的切割。
2005年9月20日授予Smedal等人的题为“Offshore Platform for DrillingAfter or Production of Hydrocarbons”的美国专利第6,945,736号(″Smedal″)揭示了具有圆柱形船体的钻探和生产平台。Smedal结构具有位于CB上方的CG，且因此依赖于用于稳定性的较大水线面面积，具有伴随减小的起伏适航特性。但是，Smedal结构具有在龙骨附近绕船体形成的周界凹陷，以衰减纵倾和摇摆，这种凹陷的位置和型面对衰减起伏几乎没有效果。
相信现有技术的所有海上结构都没有所有以下有利特性的特征：船体关于垂直轴线的对称性、用于固有稳定性的位于CB下方的CG而不要求复杂的可伸缩柱等、优异的起伏衰减特性而不要求用垂直筋锚泊、以及上部结构的码头区整合和“正面朝上”搬运至安装地点的能力，包括通过浅水搬运的能力。具有所有这些特征的浮动海上结构是理想的。
此外，需要改进用于从海上生产和/或储存结构将石油产品传送至油轮的卸载系统。根据现有技术，作为卸载系统的一部分，小型悬链锚固支柱锚泊(CALM)浮标通常锚固在储存结构附近。CALM浮标为油轮提供产品传递过程期间绕浮标自由随风摆动的能力。
例如，1991年11月19日授予Hampton的题为“Mooring System”的美国专利第5,065,687号提供了卸载系统中浮标的实例。该浮标锚固至海底，从而提供到附近储存结构的最小随风摆动距离。一个或多个水下锚泊系带或系船索将CALM浮标附连至储存结构并承载其间的产品传递软管。油轮连接至CALM，使得软管从油轮延伸至CALM浮标以经由CALM浮标从储存结构接收产品。
对于海上生产和/或储存结构来说，提供接收油轮或其它船舶的能力且使直接锚泊至该结构的船舶使船体能够在接收产品时绕海上结构自由随风摆动。这种布置不再需要分开的浮标，且提供了改进的安全性和减少的安装、运行和维护成本。
3.本发明目标的确定
本发明的主要目的是提供一种浮动海上结构，特征是具有所有以下有利特性：船体关于垂直轴线的对称性、用于固有稳定性的位于浮心下方的重心而不要求复杂的可伸缩柱等、优异的起伏衰减特性而不要求用垂直筋锚泊、以及上部结构的码头区整合和“正面朝上”搬运至安装地点的设计，包括通过浅水搬运的能力。
本发明的另一目的是提供一种用于从单个低成本漂浮结构进行海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其在一个多功能结构中实施半可浸入平台、张力支柱平台、立柱平台和漂浮生产、储存和卸载船舶的活动。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其提供改进的纵倾、摇摆和起伏阻力。
本发明的另一目的是提供一种用于储存和卸载油和天然气的方法和海上设备，其不再需要在产品传送期间用于锚泊运输油轮的分开的浮标。
本发明的另一目的是提供一种用于储存和卸载油和天然气的方法和海上设备，其不再需要转塔。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，该方法和设备使用模块化钻探组件，该模块化钻探组件可在已经钻探好生产钻井时移除和用在别处。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的简化方法和设备，该简化方法和设备提供总体系统响应的微调以满足具体操作要求和区域环境条件。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其提供单个或串联卸载。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其提供大的储存容量。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其容纳钻探海底立管和干式采油树方案。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其可构造成不需要干船坞，由此允许在基本上任何制造场地构造。
本发明的另一目的是提供一种用于海上钻探、生产、储存和卸载的方法和设备，其可容易地缩放。
发明内容
在较佳实施例中，在一种海上结构中，包含本发明的上述目的和其它优点和特征，该海上结构具有：关于垂直轴线对称的船体、从主甲板向下延伸的上部垂直侧壁、设置在上部垂直壁下方的上部向内锥形侧壁、设置在上部倾斜侧壁下方的下部向外锥形侧壁，以及设置在下部倾斜侧壁下方的下部垂直侧壁。船体外形可能具有圆形或多边形截面。
上部向内锥形侧壁较佳地相对于船体垂直轴线以10至15度的角度倾斜。下部向外锥形侧壁较佳地相对于船体垂直轴线以55至65度的角度倾斜。上部和下部锥形侧壁协作以产生显著量的辐射衰减，使得对于任何波浪周期几乎没有起伏幅度。可在龙骨平面附近设置选配的翅片形附件，以形成附加质量来进一步减小和精调起伏。
根据本发明的海上船体的重心位于其浮心下方，从而提供固有稳定性。对船体的下部且最外部分增加压舱物用于对船体所要承载的各种上部构造和有效载荷降低CG。可使用赤铁矿或其它重材料和水的重混浆，提供高密度结构压舱物的优点，如果需要具有通过泵吸移除的方便性且灵活性。该压舱产生大的扶正力矩，并将结构的自然周期增加到大多数普通波浪的周期以上，由此在所有自由度限制波浪引起的加速。
船体的高度h限于允许使用常规造船方法在岸上或码头区组装该结构并然后直立拖至海上位置的尺寸。
海上结构提供一个或多个可动锚链连接，该可动锚链连接允许油轮在卸载期间直接锚泊至海上结构而不是锚泊至距离海上储存结构一定距离处的分开浮标。
可动锚链连接包括弧形轨道或轨路。滑架位于轨路上并提供与锚泊锚链连接和锚泊油轮的可动锚泊垫板孔眼或硬点。
附图说明
当结合附图考虑下文阐述的示例实施例的详细描述时，可更容易理解本发明，附图中：
图1是根据本发明的较佳实施例锚泊至海底并承载生产立管的浮动海上储存结构的立体图，示出具有由储存结构承载的上部结构以支持钻探操作并具有通过经由可动锚链系统锚泊至该结构的油轮，以用于传送烃产品；
图2是根据本发明较佳实施例的浮动海上储存结构的船体型面的轴向剖视图，示出上部垂直壁部分、上部向内锥形壁部分、下部向外锥形壁部分以及下部垂直壁部分；
图3是根据本发明的较佳实施例，图1的海上储存结构的船体沿其纵向轴线在垂直截面内的视图，示出选配月池、用于通过控制附加质量微调结构的动态响应的安装在龙骨水平处或附近的翅片，以及包括用赤铁矿混浆压舱的环形下部箱体的内部隔间；
图4是沿图3的线4-4取得的图3的船体的径向截面，示出附加质量翅片和内部船体隔间的平面图；
图5是图1的储存结构的简化平面图，移除了储存结构的钻探上部结构以露出可动锚链和卸载系统的放大细节，示出(用虚线)图1的油轮围绕储存结构自由地随风摆动；
图6是图5的储存结构和油轮的平面图，示出悬链锚固锚泊绳、选配的生产立管以及选配的悬链立管，生产立管垂直延伸至结构的中心龙骨并接纳在立管插接口内，悬链立管围绕结构船体径向设置；
图7是图5的海上储存结构的放大详细平面图，示出根据本发明较佳实施例的可动锚链和卸载系统；
图8是图7的海上储存结构的详细平面图；
图9是图7中所示可动锚链连接之一的详细平面图；
图10是图9的可动锚链连接沿图9的线10-10看到的局部截面内的详细侧视图；
图11是图9的可动锚链连接沿图10的线11-11取得的局部截面内的详细正视图；以及
图12是根据本发明的替代实施例图1的海上储存结构的简化平面图，示出六边形船体外形和360度可动锚链连接。
具体实施方式
图1示出根据本发明的较佳实施例用于从海底钻井生产和/或储存烃的浮动海上结构10。海上结构10包括浮动船体12，该浮动船体上可承载上部结构13。根据所进行海上操作的类型，上部结构13可包括设备和各结构的不同集合，设备和各结构诸如船员的生活舱、设备存储舱以及多种其它结构、系统和设备。例如，用于钻探钻井的上部结构13包括用于钻探、铺设管道以及设置套管以及相关操作的起重机15。
船体12通过多个锚绳16锚泊至海底。悬链立管90可在结构10与海底钻井之间径向延伸。替代地或附加地，垂直立管91可在海底与船体12之间延伸。在龙骨水平处，多功能中心框架86可设置成侧向地和或垂直地支承一个或多个悬链或垂直立管90、91。在船体建造期间，多功能中心框架86可与船体12一体形成，或者其可一体形成在月池26(图3)的中心井道内并在结构10定位在安装位置之后展开。多功能中心框架86的轴向长度取决于应用场合。多功能中心框架86的下端理想地向外张开以用作立管插接口。多功能中心框架86可与中心井道月池26组合使用，但不需要中心井道。多功能中心框架86可更改成对船体12设计的影响最小并允许顶侧排布的灵活性。
油轮T在可动锚链连接组件40处经由锚链18锚泊至浮动结构10。可动锚链连接组件40包括弧形轨路，该弧形轨路上承载有滑架，因此提供与锚链18连接的可动硬点。可动锚链连接组件40使船舶T能够绕海上结构10的至少周围部分自由地随风摆动。产品传送软管20将海上结构10连接至油轮T以传送烃产品。
在较佳实施例中，海上结构10的船体12具有：圆形主甲板12a、从甲板12a向下延伸的上部圆柱形侧部分12b、从上部圆柱形部分12b向下延伸并向内呈锥形的上部截头锥形侧部分12c、向下延伸并向外张开的下部截头锥形侧部分12d、从下部截头锥形侧部分12d向下延伸的下部圆柱形侧部分12e以及平坦的圆形龙骨12f。较佳地，上部截头锥形侧部分12c具有比下部截头锥形部分12d显著大的垂直高度，且上部圆柱形部分12b具有比下部圆柱形部分12e显著大的垂直高度。
圆形主甲板12a、上部圆柱形侧部分12b、上部截头锥形侧部分12c、下部截头锥形侧部分12d、下部圆柱形部分12e、以及圆形龙骨12f都与公共垂直轴线100(图2)同轴。因而，船体12的特征是在垂直于轴线100的任何高度处截取时都具有圆形截面。
由于其圆形外形，船体12的动态响应与波浪方向无关(当忽略锚泊系统、立管和水下附件的任何不对称性时)。此外，船体12的锥形形式在结构上是高效的，与常规船形海上结构相比每吨钢提供较高的有效载荷和储存容积。船体12较佳地具有圆形壁，这些圆形壁在径向截面上是圆形的，但这种形状可用大量的平坦金属板而不是弯曲板来近似做成所要求的曲率。
尽管圆形船体外形是较佳的，但根据替代实施例也可使用多边形船体外形，如下文参照图12所述那样。较佳地但不一定的是，结构10是关于垂直轴线100对称或几乎对称的，以使波浪引起的偏航力最小。
图2是根据本发明较佳实施例的船体12的垂直型面的简化图。这种型面适用于圆形或多边形船体外形。上部和下部倾斜船体壁12c、12d的具体设计产生显著量的辐射衰减，这对任何波浪周期几乎都不产生起伏幅度，如下所述。
向内呈锥形的壁部分12c位于波浪区域内。在设计吃水深度下，水线位于上部截头锥形部分12c上就在与上部圆柱形侧部分12b相交处下方。上部向内呈锥形部分12c较佳地相对于船体垂直轴线100以10至15度的角度α倾斜。在达到水线之前向内张开显著衰减向下起伏，因为船体12的向下运动增加水平面面积。换言之，破开水面的垂直于垂直轴线100的船体面积将随着向下的船体运动而增加，且这种增加的面积经受空气/水界面的相反阻力。业已发现，10-15度的张开提供显著量的向下起伏衰减而不损失太多的船体储存容积。
类似地，下部锥形表面12d衰减向上起伏。下部倾斜壁部分12d位于波浪区域下方(水线下方约30米)。由于整个下部向外倾斜壁表面12d位于水面下方，需要更大面积(正交于垂直轴线100)来实现向上衰减。因而，下部船体部分的直径D1较佳地大于上部船体部分的直径D2。下部向外倾斜壁部分12d较佳地相对于船体垂直轴线100以55至65度的角度γ倾斜。下部部分以大于或等于55度的角向外张开，以为起伏摇摆和纵倾运动提供更大的惯性。增加的质量有助于起伏纵倾和摇摆的自然周期在预期的波浪能量以上。65度的上限基于避免安装时初始压舱期间稳定性的突然变化。即，壁表面12d可垂直于垂直轴线100并实现所要求量的向上起伏衰减，但这种船体型面会在安装时初始压舱期间产生不期望的稳定性的阶梯变化。
如图2所示，海上船舶10的重心位于其浮心下方以提供固有的稳定性。如下文参照图3和4所述的，对船体12增加压舱物用于降低CG。理想地，增加足够的压舱物来将CG降低到CB下方，无论船体12要承载什么样的上部结构13(图1)和有效载荷。
结构10的船体形式的特征是相对高的稳心。但是，由于CG较低，所以进一步增加稳心高度，产生大的扶正力矩。此外，固定压舱物的周向定位(下文参照图3和4所讨论的)进一步增加扶正力矩。因而，海上结构10积极抵抗摇摆和纵倾并称为“刚硬的”。由于较大扶正力矩抵抗纵倾和摇摆，刚硬船舶通常特征是突然的紧急加速。但是，具体通过固定压舱物增强的与结构10的高的总质量相关的惯性减弱这种加速。具体来说，固定压舱物的质量将结构10的自然周期增加到大多数普通波浪的周期以上，由此在所有自由度限制波浪引起的加速。
图3和4示出船体12内压舱物和储存隔室的一种可能布置。共同形成环形(具有方形或矩形截面)的一个或多个隔室80位于船体12的最下且最外部分。在较佳实施例中，保留隔室80用于固定压舱物以降低海上结构10的CG。可使用诸如载有赤铁矿、重晶石、褐铁矿、磁铁矿、钢冲切屑、钢丸、金属屑或其它废料等的重聚集物的混凝土的重压舱物。但是，更佳地，使用赤铁矿和水的混浆，例如一份赤铁矿对三份水。赤铁矿和水的重混浆提供高密度结构压舱物的优点，如果需要具有通过泵吸移除的方便性且灵活性。
船体12包括用作空舱、压舱或烃储存的其它环形隔室。内部环形箱体81围绕选配月池26并包括用于结构支承和隔间或遮挡的一个或多个径向隔壁94。具有符合船体12的外壁形状的外侧壁的两个外部环形隔室围绕隔室81。隔室82和83包括用于结构支承和隔间的径向隔壁96，由此允许通过调节箱体液位来进行微调调整。
图3和4还示出用于形成附加质量和用于降低起伏和以其它方式稳定海上结构10的选配翅片形附件84的细节。一个或多个翅片84附连至船体12的下部圆柱形侧部分12e的下部和外部。如图所示，翅片84包括通过间隙86彼此分开的四个翅片部分。间隙86容纳船体12外部上的悬链生产立管90和锚绳16而不与翅片84接触。
返回图2，以剖视图示出用于降低起伏的翅片84。在较佳实施例中，翅片84在垂直截面中具有直角三角形形状，其中直角与船体12的下部圆柱形部分12e的最下部外部侧壁相邻，使得三角形的底边84e与龙骨表面12f共面，且三角形的斜边84f从三角形的底边84e的远端向上并向内延伸以附连至下部圆柱形部分12e的外部侧壁。
翅片84的数量、尺寸和定向可改变成优化抑制起伏的效果。例如，底边84e可径向向外延伸下部圆柱形部分12e的垂直高度约一半的距离，斜边84f从龙骨平面在下部圆柱形部分12e的垂直高度的约四分之一处附连至下部圆柱形部分12e。或者，下部圆柱形部分12e的半径R定义为D1/2，则翅片84的底边84e可径向向外延伸附加距离r，其中0.05R≥r≥0.20R，较佳地约0.10R≥r≥0.15R，且更佳地r≈0.125R。尽管图3和4中示出限定给定径向覆盖的特定构造的四个翅片84，但也可使用限定或多或少径向覆盖的不同数量的翅片来按要求改变附加质量的量。附加质量根据特定漂浮结构的要求可能是理想的或不理想的。但是，附加质量通常是为了影响运动的自然周期增加漂浮结构质量的最廉价方法。
在较佳实施例中，海上结构10具有121m的直径D1、97.6m的D2、81m的D3、79.7m的高度h、59.4m的吃水深度、452,863公吨的排水量以及1.6MBbls的储存容量。这种结构的特征是23s的起伏自然周期和32s的摇摆自然周期。然而，海上结构10可设计且尺寸设置成符合特定应用的要求。例如，可使用公知弗劳德(Froude)缩放技术对以上尺寸进行缩放。例如，缩小的海上结构可具有61m的D2、37m的吃水深度、110,562公吨的排水量、18s的起伏自然周期以及25s的摇摆自然周期。
理想地是，船体12的高度h限于使海上结构10能够使用常规造船方法在岸上或码头区组装并直立地拖入海上位置的尺寸。一旦组装好，将锚绳16(图1)固定至海底的锚固件，由此将海上结构10锚泊在所要求的位置。
在图5和7的平面图和图6和8中的侧视图中示出图1的海上结构10。在典型的应用中，从海底钻井(未示出)生产原油，传送至并临时储存在船体12内，并随后卸载到油轮T以进一步运输到岸上设施。在卸载操作期间油轮T通过锚链8临时锚泊至海上结构10，锚链8通常是合成或钢丝绳。软管20在船体12与油轮T之间延伸以将钻井流体从海上结构10传送至油轮T。
现将更详细描述用于将油轮T锚泊至海上结构10的一个过程。为了将已储存在海上结构10内的流体货物卸载，将运输油轮T带至海上结构附近。参照图5-8，吊索存放在卷轴70a和/或70b上。吊索的第一端用烟火信号枪从海上结构10射向油轮T，并由油轮T上的人员接收。吊索的另一端附连至锚链18的油轮端18c。油轮上的人员可将锚链18的锚链端18c牵拉至油轮T，其中锚链端18c附连至油轮T上的垫板孔眼、点位或其它硬点。然后油轮T上的人员将吊索的一端射向海上结构10上的人员，该人员将吊索的该端钩到软管20的油轮端20a。然后油轮上的人员将软管20牵拉至油轮并将该软管连接至货物传送系统上的流体端口。通常，将货物从海上结构10卸载到油轮T，但也可反向进行，其中货物从油轮T传送至海上结构进行储存。
在卸载操作期间，油轮T将根据周围环境的变化绕海上结构10随风摆动。如下文更详细描述的，通过可动锚链连接40允许在海上结构10上随风摆动，可动锚链连接40允许油轮绕结构10进行相当大的运动而不中断卸载操作。
在完成卸载操作之后，软管端20a从油轮T脱开，且软管卷轴20b用于将软管20卷回海上结构10上储藏。理想地在海上结构10上设置第二软管和软管卷轴72，用于与海上结构10的相反侧上的第二可动锚链连接60关联。然后脱开锚链18的油轮端18c，允许油轮T驶离。吊索用于将锚链18的油轮端18c拉回海上结构。
油轮T的位置和定向受到风向和风力、波浪作用和力以及洋流方向的影响。由于其船首锚泊至海上结构10，而其船尾自由摆动，所以油轮T绕海上结构10随风摆动。如图5所示，由于风、波浪和洋流变化产生的力，油轮T可移动至由虚线A所指示的位置或由虚线B所指示的位置。在会使油轮T朝向海上结构10移动的合力变化的情况下，拖船或附加临时锚固系统(都未示出)可用于将油轮T保持在离海上结构10的最小安全距离。
如图7最清楚示出的，可动锚链连接40较佳地包括弧形轨道或轨路42。滑架位于轨路42上并提供与锚链18连接的可动锚泊垫板孔眼或硬点，因此允许油轮T随风摆动。在一实施例中，管状通道42绕船体12在90度弧上延伸，因此允许自由地在线51与53之间的约270度弧上自由随风摆动。管状通道42具有封闭的相反端42f、42g以为滑架46提供止挡件。管状通道42具有超过且平行于船体12的外侧上部圆柱形壁12b的曲率半径的曲率半径。间隔件44将管状通道与船体12的侧面12b间隔开。软管10、锚绳16和立管90(图1)可穿过在外部船体壁12b与管状通道42之间限定的空间。
为了适应风向的灵活性，海上结构10较佳地具有与可动锚链连接40相对定位的第二可动锚链连接60。根据哪一个可动锚链连接更好地使油轮T适应海上结构10的下风向，油轮T可锚泊至可动锚链连接40或可动锚链连接60。可动锚链连接60在设计和构造上基本上与可动锚链40相同，具有其自身的槽形管状通道，且捕获的自由滚动滑架车具有突出穿过管状通道内槽的钩环。由于每个可动锚链连接40和60都能够允许油轮T在约270度弧内运动，为卸载操作提供360度随风摆动能力的大量灵活性。但是，也可设置覆盖各种弧的不同数量的可动锚链连接。例如，覆盖360度的单个锚链连接也在本发明的范围内。
图9-11详细示出根据本发明的可动锚链连接40。可动锚链连接40较佳地包括几乎完全封闭的管状通道42，该管状通道42具有矩形截面和外部侧壁42b上的纵向槽42a。间隔件44将管状通道42水平安装至船体12的上部垂直壁12b。滑架46由管状通道42捕获并可在管状通道42内移动。滑架钩环或垫板孔眼48附连至滑架46并为锚链18提供硬连接点。由于船用索具是本领域众所周知的，所以在此不再提供锚链连接的细节。具有槽42a的壁42b是相对高的垂直外壁，而相对内壁42c的外侧表面高度相同。间隔件44通过诸如焊接附连至内壁42c的外侧表面。一对相对的相对短的水平壁42d和42e在垂直壁42b与42c之间延伸以完成管状通道42的封闭，除了垂直壁42b具有几乎在管状通道42的全长上延伸的水平、纵向槽42a。滑架46包括基板46a，该基板46a具有穿过其形成的四个矩形开口，用于接纳四个轮子47。滑架46在封闭管状通道42内在端部42f与42g之间自由地前后摆动。
风、波浪和洋流作用会在油轮T上施加大量的力，尤其是在暴风雨期间，这又在滑架46和管状通道42上施加大量的力。槽42a使通道42变弱，且如果施加足够的力，则壁42b会弯曲，可能将槽42a打开足够宽以使滑架46被撕出轨道。因此管状通道42较佳地设计和构建成承受这些力。管状通道42内的内侧角部理想地是加固的。
在图9-11中描述和示出的管状通道42仅是用于提供可动锚链连接40的一种布置。任何类型的轨路、通道或轨道可用在可动锚链连接中，只要滑架或任何种类的滚动、可动或滑动装置可纵向移动但以其它方式由轨路、通道或轨道捕获即可。例如，附连至中心腹板的具有相对凸缘的工字梁代替管状通道用作轨路，滑架车或其它滚动或滑动装置捕获在工字梁上并可在工字梁上移动。以下专利所讲授的全部内容，尤其是它们讲授的关于怎样设计和构件可动连接的内容以参见的方式纳入本文：授予Elliott等人题为“Amusement Ride andSelf-propelled Vehicle Therefor”的美国专利第5,595,121号、授予Checketts等人题为“Variably Curved Track-Mounted Amusement Ride”的美国专利第6,857,373号、授予Morsbach题为“Monorail System”的美国专利第3,941,060号、授予Define等人题为“Self-propelled Trolleyand Supporting Track Structure”的美国专利第4,984,523号以及授予Traubenkraut等人题为“Material Handling SystemEnclosed Track Arrangement”的美国专利第7,004,076号。
图12示出海上结构10′，该海上结构10′具有多边形外形的船体12′。具有适当曲率半径的一个或多个弧形通道或轨路42用适当间隔件44安装至多边形船体12′，从而提供可动锚链连接40。图12示出六边形船体，但可适当地使用任何数量的边。
撰写本说明书的摘要仅仅是为了向美国专利商标局和广大公众提供通过粗略阅读就能快速确定技术方案的性质和要点的方式，它仅仅代表较佳实施例，并不表示本发明的整体性质。
尽管已经详细说明本发明的一些实施例，但是本发明并不限于所示的实施例；本领域技术人员可对以上实施例作出修改和改变。这些修改和改变落入这里所述的本发明的精神和范围之内。

Claims (11)

1.一种具有中心垂直轴线的浮动结构(10)，所述结构布置和设计成用于石油钻探、生产、储存和卸载，所述浮动结构(10)包括：
船体(12)，所述船体具有上部圆柱形部分(12b),
所述船体包括上部截头锥形部分(12c)，所述上部截头锥形部分(12c)与所述上部圆柱形部分(12b)的底部直接连接并具有向下且向内倾斜的壁，所述向下且向内倾斜的壁相对于所述中心垂直轴线以10至15度的角度倾斜，
所述船体包括下部截头锥形部分(12d)，所述下部截头锥形部分(12d)设置在所述上部截头锥形部分(12c)下方并具有向下且向外倾斜的壁，所述向外倾斜的壁相对于所述中心垂直轴线以大于或等于55度但小于65度向外倾斜，从而对所述结构提供起伏和纵倾运动的大的惯性，由此使用于起伏、纵倾和摇摆的自然周期在海洋预期的波浪能量以上，以及
所述船体包括下部圆柱形部分(12e)，所述下部圆柱形部分(12e)直接连接到所述下部截头锥形部分(12d)的底部，
其中所述下部圆柱形部分(12e)的底部限定所述船体(12)的龙骨(12f)，且所述上部圆柱形部分(12b)的顶部限定所述结构(10)的主甲板(12a)，
其中所述结构的下部重心(CG)位于其浮心(CB)下方，由此用所述下部重心(CG)提供固有的稳定性,
所述结构在一个或多个环形隔室(80)内具有压舱物，所述一个或多个环形隔室(80)位于所述下部圆柱形部分(12e)的最外部分。
2.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于：
所述下部截头锥形部分(12d)直接连接至所述上部截头锥形部分(12c)的底部，且所述上部截头锥形部分(12c)的所述底部限定船体颈部直径(D3)。
3.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于：
所述船体(12)的从所述龙骨(12f)至所述主甲板(12a)限定的高度(h)小于所述船体的最大直径(D1)。
4.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于：
所述船体(12)的从所述龙骨(12f)至所述主甲板(12a)限定的高度(h)小于所述船体的最小直径(D3)。
5.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于：
所述上部圆柱形部分(12b)限定上部船体直径(D2)；
所述下部圆柱形部分(12e)限定下部船体直径(D1)；
所述上部和下部截头锥形部分(12c，12d)的相交处限定船体颈部直径(D3)；
所述船体颈部直径(D3)在所述上部船体直径(D2)的75％至90％之间；以及
所述下部船体直径(D1)在所述上部船体直径(D2)的115％至130％之间。
6.如权利要求5所述的结构(10)，其特征在于：
所述船体颈部直径(D3)在所述上部船体直径(D2)的80％至85％之间；以及
所述下部船体直径(D1)在所述上部船体直径(D2)的120％至125％之间。
7.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于，还包括：
可动锚链连接包括安装到所述船体(12)的上部外壁的弧形轨路；以及
由所述轨路捕获并可移动地设置在所述轨路的滑架；
由此，所述滑架限定用于锚泊船只的硬点。
8.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于，还包括：
大致圆柱形中心月池(26)，所述大致圆柱形中心月池(26)形成在所述船体(12)内并从所述龙骨(12f)延伸至所述主甲板(12a)。
9.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于，还包括：
翅片(84)，所述翅片在所述龙骨(12f)附近固定至所述船体(12)的所述下部圆柱形部分(12e)并从所述船体(12)径向向外延伸。
10.如权利要求9所述的结构(10)，其特征在于：
所述翅片包括绕所述船体的周界间隔的至少第一和第二离散翅片部分；以及
所述第一和第二离散翅片部分间隔开以限定所述第一和第二离散翅片部分之间的间隙。
11.如权利要求1所述的结构(10)，其特征在于，还包括：
多功能中心框架(92)，所述多功能中心框架(92)连接至所述龙骨(12f)并突出到所述龙骨(12f)的高度下方；由此
所述多功能中心框架(92)可操作以用作用于容纳垂直立管(91)的立管插接口。
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