[发明专利]用于海上平台的桁架升降板系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是要求美国申请No.12/849322的优先权的国际申请，该美国申请No.12/849322的标题为“Truss Heave Plate System For Offshore Platform”，申请日为2010年8月3日。

技术领域

本发明通常涉及一种用于海上浮动结构的系统和方法，该海上浮动结构用于油田和相关产业，用于从地表水下面勘探和提取矿物和资源。更特别是，本发明涉及一种用于半潜式海上平台的系统和方法。

背景技术

随着对石油和天然气供给的明显日益增长的需求，油层的海上勘探和生产对于该供给变得很重要。这些油层通常需要大型钻机和可变有效负载，这导致尺寸和重量都非常大的上层。因此需要大型和昂贵的支承海上平台。不过，这些平台的费用能够通过在海滨附近或海岸上建造这样的浮动结构以及将该结构拖至预计海上位置而降低。

在设计成用于深水的主要类型海上平台中（包括通用浮式油轮装卸储运装置），一种平台称为半潜式平台。该结构在海滨附近或海岸上建造，浮动至海上位置，并使用压载箱来局部浸没，以便向结构提供稳定性。半潜式通常构成为具有在水面下的大型浮筒结构以及穿过水面的细长柱，该细长柱将上层甲板支承在明显高于水面的高度。半潜式平台制成大型和具有成本效益的平台，用于钻井和生产海上石油和天然气。不过，因为该结构具有相对较大的浮动表面，因此一个难题是限制由波浪和风作用引起的运动，以便提供用于操作的合适稳定性。

升降板已经用于稳定半潜式平台的运动。升降板能够是实心板，或者是多个板构成的组件，多个板形成箱，以便形成相对较大水平表面面积，但是竖直方向相对较薄。升降板安装在半潜式平台上并在水面下和在波浪影响水区域的至少一部分下面。升降板增加了海上平台的水动力质量，其中，水动力质量是流体与在流体中加速的物体一起运动的量的测量值，并取决于物体的形状以及它的运动方向。在更低深度处的升降板提供了对于竖直和倾斜运动的附加阻力，否则该竖直和倾斜运动将在水面附近或水面处产生。因此，设计人员试图将升降板安装在更深高度处。不过，深度首先受到限制，因为平台在海滨附近或海岸上在较浅深度处建造。因此，一些系统具有降低升降板的能力。在平台处于预计海上位置时，升降板能够降低至更合适的深度。这种系统的实例例如在美国专利No.6652192和美国专利No.7219615（作为美国专利No.7156040的延续）中示例说明，并由本文参引。这些系统各自公开了在位于预计海上位置之后使得升降板降低至低于平台的深度。

美国专利No.6652192公开了一种抑制升降的浮动海上钻井和生产平台，它具有：竖直柱；侧部桁架，这些侧部桁架连接相邻柱；深深浸没的水平板，该水平板通过竖直桁架支腿而从柱的底部支承；以及上层甲板，该上层甲板由柱支承。侧部桁架在柱的低端附近连接相邻柱，以便提高平台的结构整体性。当平台下水和在相对较浅水中拖动时，桁架支腿装载在各柱中的轴内，且板恰好承载在柱的下端下面。在平台浮动至深水钻井和生产位置时，桁架支腿从柱的轴降低，以便使得板降低至很深的吃水深度，用于减小波浪力的影响，并向平台提供起伏和竖直运动阻力。然后排出在柱的轴中的水，用于浮力升高平台，以使得甲板处在高于水面的合适高度处。

美国专利No.7219615公开了一种半潜式船，该半潜式船具有一对竖直间隔开的浮筒，该对浮筒具有不同的浮力。当船在运送途中，底部浮筒保持成竖直紧邻上部浮筒。在部署位置，对下部浮筒进行压载，从而使得该浮筒落至第一浮筒基线下面大约32米的深度。因此，船的稳定性和运动特性明显提高。

尽管这些系统各自提供了具有放低的升降板的稳定平台的解决方案，但是实际上，将升降板支承在平台上的支承结构可能遇到刚性挑战。例如，美国专利No.7219615公开了可延伸支腿。由于支腿的可延伸特性，在支腿之间没有斜支撑（该斜支撑将能够抗升降板的延伸支承结构的扭转和弯曲），因为在支腿之间的斜支撑将明显干涉支腿通过引导件的伸长和收缩。美国专利No.6652192表示了在柱内的可延伸桁架，该桁架在支腿延伸之后具有安装在桁架之间的柔性索缆斜支承。由于在桁架斜部件和柱之间的干涉，因此很难设计能够包围桁架支腿和刚性斜支撑（用于有效支承和负载传递）的容纳部。由于相同原因，该专利没有公开在桁架之间的刚性支撑，即在桁架之间的刚性支撑显然与桁架的伸长和收缩干涉。