CN1787945A - 用于安装波动减小的浮式结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将波动板(100)安装在浮式结构(10)上的方法。所述方法可用于在陆地上构建浮式结构(10)和波动板(100)，而且在海上将所述波动板安装在所述浮式结构上。

Description

用于安装波动减小的浮式结构的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将波动板(heave plate)安装在浮式结构例如杆柱(spar)上的方法以及由此构成的浮式结构。所述方法包括在海上连接地点设置波动板和浮式结构以及用于将波动板连接在浮式结构上的工艺。

背景技术

随着石油工业投资在深海海上地区勘探碳氢化合物资源，必须开发出收回这些碳氢化合物技术。相对于底部打基础的结构有越来越多的浮式结构被用于这些深海应用中。一种由石油工业在深海操作中采用的具体的浮式结构是杆柱或深水沉箱式浮船(DDCV)，该杆柱或DDCV式结构具有较长的垂直布置的浮动船体或沉箱，其在浮动操作位置具有在水位线上面支承钻井和/或开采平台的上部，以及在海洋水位线下面对船体和平台提供浮力的下部。杆柱或DDCV可用锚缆锚泊到海底。被称为隔水管的立管可被用于将水下油井和杆柱或DDCV连接起来以充当生产碳氢化合物的管道和/或为钻井或油井维修工作提供通道。

杆柱船体通常是圆柱形的，通常在其上端具有浮力部分、在其中间具有裙部、在其下端具有软质油罐部分。浮力部分通常是硬质油罐，其对杆柱平台提供所需的浮力并且能够承受流体静压力。软质油罐为初始的水平牵引和随后的倒置提供浮力。一旦定位，裙部和硬质油罐都可以充满海水。它们与船体底部的海水相通。在一些情况下为了增加稳定性，软质油罐可用重型材料例如矿石或混凝土压载。

杆柱的深水船体通常在水体波动带下方延伸，可产生由海上波动力引起的灵敏的总体运动反应例如波动或垂直运动。这些运动的减小在操作上具有一些好处，包括使用具有用于油井的表面油井控制支柱的顶部张紧立管的能力，所述表面油井控制支柱被用于开采油区，这样在效率和低成本方面就为操作者提供更多的选择。

由于某些海上环境的恶劣，格外需要减小DDCV结构的波动、前后颠簸和横滚运动。已经提出了许多方案，包括在DDCV船体上连接水平布置的波动板。例如参见美国专利5,558,467“深海海上设备”和5,722,797“用于海上开采和钻井的浮动沉箱”。波动板通过增大位于海洋表面附近的主波动作用下方深度上的水平表面面积来对浮式结构提供附加质量和减震。

然而，在实施波动板的构想时存在逻辑问题。因为便利和成本效率的原因，海上浮式结构几乎总是在陆地上被构建，而后才运送到海上来安装。在海上安装海上浮式结构经常受成本所限并存在逻辑困难。关于波动板构件，将杆柱船体和波动板在陆地上构建和组合将会提供相同的效率和成本节约。但波动减小构件还必须运送到海上进行安装。由于波动板构件需要相当大的牵引，因此将杆柱从岸上的构建地点运送到海上安装地点简直是不切实际。

因此，需要一种方法将水平布置的波动板设置在浮式结构例如DDCV或杆柱结构上，该方法使得可以在陆地上构建波动板和浮式结构，而在海上安装地点或其附近将波动板连接到浮式结构上。本发明正是满足了这一需要。

对于附加信息，参见美国专利3,101,798的海上钻井设备；美国专利3,572,041的杆柱式浮动开采设备；美国专利3,921,557的浮动存储单元；美国专利4,606,673的具有开采和石油存储装置的杆柱浮标结构及其操作方法；美国专利4,702,321的深海钻井、开采以及石油存储沉箱；Lowd，Judson D.和Hill，E.C.的用于临时开采工艺的杆柱浮标的采用；1971年5月海上技术会议OTC1333；美国专利5,558,467的深海海上设备；美国专利5,722,797的用于海上开采和钻井的浮式沉箱；美国专利6,206,614的浮式海上钻井/开采结构；Tanaka，K.等人在1987年5月的海上技术会议OTC5606上的关于深海浸没的沉箱安装的研究；Walker，S.等人1990年8月在第一届欧洲海上机械研讨会论文集上的可变牵引半潜式浮动开采浮船；美国专利5,609,442的用于石油作业的海上设备和方法；美国专利5,924,822的用于在海上基底上安装平台的方法。

发明内容

本发明包括一种用于将波动板安装在海上浮式结构上的方法。所述方法包括在海上连接地点设置所述波动板和所述浮式结构。所述波动板包含能够容纳至少一部分所述浮式结构的水平截面的模板。所述方法包括沿共同垂直轴线将所述浮式结构与所述波动板垂直定位。所述方法还包括使所述浮式结构与所述波动板的模板相接触并将所述波动板连接到所述浮式结构上。

附图说明

图1A表示典型DDCV或杆柱结构的侧视图。

图1B表示图1A所示的DDCV或杆柱结构的船体的俯视图。

图2A是依照本发明可采用的波动板的一个实施例的俯视图。

图2B是图2A的示意图。

图3A是设置在海上连接地点上的浮式结构和波动板的侧视图。

图3B是表示依照本发明一个实施例的浮式结构和波动板垂直定位的示意图。

图3C是被用于控制水下波动板移动的引导线的一个实施例的示意图。

图4是本发明波动板位于浮式结构下端以下的一个实施例的示意图。

图5是本发明通过对在波动板和浮式结构之间的环带进行灌浆而将它们相连的一个实施例的示意图。

图6A是依照本发明可采用的波动板的一个实施例的示意图。

图6B是图6A所示的波动板的截面侧视图。

图7A是表示被设置在海上连接地点的波动板的一个实施例的侧视图。

图7B是表示被设置在海上连接地点的波动板的另一个实施例的侧视图。

图8是表示被设置在海上连接地点的波动板的一个实施例的侧视图，其中所述波动板作为运送平台的浮船。

图9是表示依照本发明一个实施例的波动板和船体的垂直定位的侧视图。

图10是表示本发明的波动板定位在所述船体上端上方的一个实施例的侧视图。

图11A-C是表示本发明波动板从所述船体上端定位到其下端的一个实施例的侧视图。

图12A是表示依照本发明一个实施例可采用的波动板的俯视图。

图12B是图12A所示的波动板的示意图。

图13A-B是依照本发明一个实施例可采用的分体式浮船的波动板的侧视图。

具体实施方式

结合优选实施例对本发明进行描述。以下描述已经达到对本发明的具体实施例或具体用途细化的程度，但这仅仅是示例性的而不能被解释为限制本发明的范围。相反地，这是要涵盖包括在由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围内的所有改变、修改和等效替换。

在此和在权利要求中采用的术语“浮式结构”意思是指任何在水体中浮动的结构。浮式结构是指一种在其处最终安装位置时能够浮动的结构，但这样的一种结构也能够在水体中下沉，例如通过压载。浮式结构的示例包括但并不限于海上浮式结构、杆柱、传统杆柱、深水沉箱式浮船、桁架杆柱、单元杆柱、管杆柱以及其它用在海上石油工业的结构。

在此和在权利要求中采用的术语“杆柱”意思是指任何杆柱式的浮式结构，包括但并不限于传统杆柱、深水沉箱式浮船、桁架杆柱、单元杆柱以及管杆柱。

在此和在权利要求中采用的术语“波动板”意思是指任何适于连接到浮式结构以及用于通过提高水体主波动区域下方深度处的水平表面面积而对浮式结构提供附加质量和减震的装置。波动板可以是任何形状相对较平的构件例如矩形、圆形、多边形、椭圆形或其它规则或不规则的形状。波动板可以包括被用作模板并便于连接到浮式结构上的空穴区。

在此和在权利要求中采用的术语“模板”意思是指波动板的切除部分。所述模板可部分或完全地穿过波动板。在选择模板完全穿过波动板这种情况下，在波动板上形成孔或空穴。在选择模板仅部分地穿过波动板这种情况下，在波动板上形成深坑或凹坑。模板也可被设计成部分地穿过波动板的某一部分并完全穿过波动板的一部分，以使在与杆柱底部相连的波动板上产生例如船井开口。模板可被设计成任何可将波动板围绕浮式结构装配的形状和尺寸。

在此和在权利要求采用的术语“船体”和“沉箱”互换地用来描述提供浮力和稳定性的杆柱的水下部分。

在一个备选的实施例中，可应用到本发明的浮式结构是例如如图1A所示的DDCV或杆柱结构。采用“浮式”结构，其意思是所述结构在处于其最终安装位置时是浮动的。在此披露的连接波动板的方法可被用在任何浮式结构上以使作用在浮式结构上的垂直或波动运动减少或消除。在一个备选的实施例中，波动板被安装在DDCV或杆柱结构上，所述DDCV或杆柱结构具有基本上的刚体10，其通常但不必须是圆柱形，所述DDCV或杆柱结构具有在海洋30表面上方支承平台40的上部20以及在海洋30表面下方的下部50。该杆柱结构具有不同的几何形状设计，例如圆柱形、多圆柱形、多边形、多重多边形、椭圆形、八边形或十边形。锚缆25被用于将浮式结构固定或锚泊在海底。图1B表示图1A所示的杆柱的俯视图。该视图示出了杆柱船体和延伸穿过杆柱的船井71的截面70。所述船井的尺寸可被设计成容纳钻井设备和开采立管。

现在参照图2A和2B，波动板100具有较大的水平表面面积，其明显要比浮式结构10的水平截面70(如图1B所示)更大。波动板100的具体尺寸可由本领域的普通技术人员之一基于浮式结构的尺寸和正在选定的环境作用力来确定。波动板100并不限于任何具体形状，因为其可以是圆形、正方形、矩形或其它任何形状。波动板100可包含开口形式的模板110，其具有能够容纳浮式结构10的水平截面70的横截面，这将在下文给出说明。所采用的术语“水平”是相对于处于其最终安装位置的浮式结构，也就是说，水平截面70与如图1B所示的圆柱形的DDCV或杆柱浮式结构的纵向轴线垂直。波动板100可被连接在杆柱船体的底部和/或中间。

图3A和3B表示本发明的一个备选的实施例。浮式结构10和波动板100被设置在海上连接地点5。该海上连接地点优选但不必须是浮式结构最终安装位置也就是油田或开采位置的附近，以使连接操作后的牵引距离达到最小。

参照图3B，波动板100降低到海洋30表面下方一深度，该深度可在波动板100和浮式结构处于垂直对齐时在波动板100和浮式结构10底部之间提供足够的垂直间距130。从水面浮船150上与波动板100相连的引导线160(如图3C所示)可被用于控制波动板100在下降过程中的对齐和深度。接着如图4所示，浮式结构10可被垂直定位(如果还没有在垂直位置上)并沿共同的垂直轴线与波动板100对齐，使得模板110处于浮式结构10的船体之下。而后浮式结构10可被压载并降到波动板的模板110内。备选地是，引导线160可被用于提升波动板模板110以与浮式结构10接触。可在浮式结构10和/或波动板100内设置锁定装置170，其在上述两个构件接合后起作用。现在参照图5，一旦波动板100定位在浮式结构10的下端，则可通过向模板110和浮式结构10之间的环带180内灌浆而实现最终的连接。备选地是，也可采用机械方式实现浮式结构下端和波动板之间的最终连接。

在波动板100在结构上与浮式结构10连接以后，如果需要，组合结构也就是波动减小的沉箱式浮船可被牵引到油田区域并被安装。可采用常规技术完成在油田区域上平台的设置和设备的安装。

现在参照图6A和6B，用于一个实施例的一个备选的模板110A在波动板100A上限定了能够容纳浮式结构10的水平截面70的开口。所述限定模板110A的开口可以选择性地仅延伸通过波动板100A的一部分。在其它实施例中，模板可以选择性地包含波动板100A上的开口，所述开口能够穿过整个波动板100A的厚度容纳浮式结构10的水平截面70。在备选的模板110A的开口仅有部分延伸穿过波动板100A的情况下，模板110A的开口的一部分表面积可选择性地延伸穿过整个波动板并且其尺寸被设计成包含作为钻井设备和立管通道的船井规格的开口111A。例如在图6A和6B所示的船井规格的开口111A的尺寸可被设计成与图1B所示的船井71相匹配。

现在参照图7A，在本发明的实施例中采用的波动板100可被构造成具有浮力并耐风浪的，而且可以选择性地被用作能够在水上运送的浮船100B。波动板/浮船100B可与单独动力和导航系统结合以到达海上连接地点5，但由于波动板/浮船100B也可以像波动板100那样被安装在浮式结构10上，因此优选浮船100B是一种简化的驳船并采用第二只浮船将其运送到连接地点5。浮船100B可被构造成能够具有可变浮力的能力，例如浮船100B可以包含未示出的可浸舱或其它用于增加压载以将浮船100B侵入海平面以下的装置。备选地是，波动板100可被构造成不具有浮力，例如在图7B所示的桁架或加强梁板100C。这种不具有浮力的波动板100A可在例如运送驳船190C上或通过其它方式被运送到安装地点。

现在参照图8，示出了本发明的另一个实施例，其中波动板100D首先被作为将平台40运送到连接地点5的浮船。在平台40的重量从波动板/浮船100D转移到浮式结构10上以后，波动板/浮船100D沿着用作波动板的浮式结构10的船体深度在理想点上被定位并连接。

为了实施本发明的这一实施例，波动板100和浮式结构10都设置在连接地点5处。如图8所示，波动板100首先被作为将钻井和开采平台40或船体水线以上部分运送到连接地点5的浮船100D。平台40和浮船100D可采用标准技术在陆地上构建并投入使用，这样相对于在海上运行平台能够节省成本。

现在参照图9，浮式结构10可被设置在连接地点5，如果还没有处于垂直位置则被垂直定位，并浸没在海洋30平面以下。可采用各种公知技术完成对浮式结构10的垂直定位和浸没。浮式结构可浸没达到的深度被选定为可在浸没的浮式结构10和波动板/浮船100D之间提供足够的垂直间距130D。如图9所示，浸没的浮式结构10可停靠在海底，或者悬浮在选定的深度。在这一备选实施例中，由此在浮式结构10和浮船100D之间提供足够的垂直间距130D。参照图10，波动板/浮船100D可垂直定位在浸没的浮式结构10的上方，使得模板110D基本上在浸没的浮式结构10上方被对齐。连接线250可被用于使浮式结构10和模板110D相接触。在浮式结构10和平台40实现接触以后，浮式结构10可被压载并且平台40的重量从波动板/浮船100D转移到浮式结构10上。在这一重量转移后，例如通过注水对浮船100D压载，波动板/浮船100D的浮力降低并沿船体的长度方向降低到浮式结构10的下端，如图11A-11C所示。而后浮船100D在结构上被连接在浮式结构10的底部或任何其它理想深度，并被用作波动板100。例如，波动板100D在达到图11B所示的位置后被最终连接。

波动板100D在结构上被连接到浮式结构10上以后，如果需要，波动减小的沉箱式浮船和平台可被牵引到油田区域并采用常规技术被安装。

现在参照图12A，波动板/浮船100D可包含模板110D，其在波动板/浮船100D上限定了能够容纳浮式结构10的水平截面70的开口。显而易见，限定用于该实施例的模板110B的所述开口延伸穿过波动板/浮船100D的高度，如图12B所示。

如果浮式结构10在其船体外部包括阻止波动板/浮船100D从浮式结构10的顶端移动到下端的装置或障碍物例如导索孔或钢链立管凸缘，则如图12A和12B所示，可在模板110D上设置槽120D以使波动板100D无阻碍的移动。

现在参照图13A和13B，用于该实施例的波动板/浮船可包括分体式浮船100E，其包括上部200和下部210。分体式浮船100E可被用作耐风浪的浮船以将钻井和开采平台40运送到连接地点5。分体式浮船100E的上部200可保持在浮式结构10的上端作为平台结构，而分体式浮船100E的下端210可沿浮式结构10的长度方向降低或升高以被用作波动板。

在DDCV或杆柱结构上设置波动板的另一个潜在优势是浮船的船体可在尺寸上被设计并最终被构造的更小，由此使其在构成上节省成本。通常，浮船的船体必须具有足够尺寸以对平台和船体的重量提供足够的浮力，而且浮船的船体必须具有足够的长度以使波动运动降到最小。对降低船体长度的限制因素是波动运动。换句话说，减小船体长度会在其引起浮力问题之前就导致无法承受的较大的波动运动。通过加入水平布置的波动板以减小这些运动，能够构建在长度上更小的DDCV或杆柱结构、达到相应的节省成本的目的而同时保持足够的浮力。

在此描述的方法可被用于构建用来勘探和开采海上碳氢化合物资源的海上浮式结构。所述海上浮式结构可以例如是装配在平台或者开采或输出立管上的传统杆柱(例如深水沉箱式船体(“DDCV”)或桁架)。当是杆柱时，所述平台能够支承海上碳氢化合物资源(也就是油和气)的勘探、钻井和开采操作。所述平台可被用于进行海上地震资料的收集。备选地是，所述平台能够用于支承油和/或气钻井操作的海上钻井设备。所述平台也可以支承用于开采油气自然资源的油和/或气的开采设备。而后开采的油和/或气可通过例如管道从平台卸载到岸上，或卸载到运输船或驳船上然后运送到岸上。接着这些油气被提炼成有用的石油产品例如天然气、液化石油气、汽油、喷气燃料、柴油、燃用油或其它石油产品。

已经结合优选实施例对本发明进行了描述。虽然以上描述已经达到对本发明的具体实施例或具体用途细化的程度，但这仅仅是示例性的而不能被解释为要限制本发明的范围。相反地，这是要涵盖包括在由附加权利要求限定的本发明的主旨和范围内的所有改变、修改和等效替换。

在此引用的所有文献通过参考被完全结合，这种结合的权限是得到允许的，而且也达到了与本说明书不一致的程度。尽管根据美国惯例一些从属权利要求具有单个从属，但任何从属权利要求的每个特征都可以与引用相同的一个或多个独立权利要求的其它一个或多个从属权利要求的每个特征相结合。本发明的某些特征用一组数字上限和一组数字下限来描述。应该认识到，除非另外表示，否则通过对这些限定的任何结合所形成的范围均处于本发明的范围内。

Claims (23)

1.一种用于将波动板安装在海上浮式结构上的方法，所述方法包括：

(a)在海上连接地点设置所述波动板和所述浮式结构，所述波动板包含能够容纳至少一部分所述浮式结构的水平截面的模板；

(b)沿共同垂直轴线将所述浮式结构与所述波动板垂直定位；

(c)使所述浮式结构与所述波动板的所述模板相接触；以及

(d)将所述波动板连接到所述浮式结构上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮式结构是杆柱。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述波动板与所述浮式结构相连，使得所述波动板水平布置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波动板是能够具有可变浮力的浮船。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述海上浮式结构还包括平台，其中具有可变浮力的所述浮船将所述平台运送到所述海上连接地点。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波动板是没有浮力的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述没有浮力的波动板在浮船上被运送到所述海上连接地点。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直定位的步骤包括浸没所述波动板并将所述波动板定位在所述浮式结构下方。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述波动板内的所述模板包括延伸穿过所述波动板一部分高度的开口。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接触步骤包括使所述浮式结构的下端与所述模板的上端相接触。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接触步骤还包括采用引导线。

12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直定位步骤包括浸没所述浮式结构并将所述浮式结构定位在所述波动板下方。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述波动板内的所述模板包括延伸穿过所述波动板高度的开口。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述接触步骤还包括采用连接线。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述接触步骤包括使所述浮式结构的上端与所述模板的底部相接触。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在将所述波动板连接到所述浮式结构的所述步骤之前从所述浮式结构的上端到所述浮式结构的下端对所述波动板进行重新定位。

17.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括将所述波动板锁定到所述浮式结构上。

18.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括对所述波动板和所述浮式结构之间的环带进行灌浆。

19.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将组合起来的浮式结构和波动板从所述海上连接地点牵引到海上开采位置。

20.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述垂直定位步骤包括浸没所述浮式结构并将所述浮式结构定位在所述波动板下方。

21.如权利要求3所述的一种方法，其特征在于，所述方法还包括：

(e)采用所述浮式结构开采海上碳氢化合物资源。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

(f)将所述碳氢化合物资源输送到岸上。

23.一种根据权利要求1-20任意一项制造的浮式结构。

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