ПОЛУПОГРУЖНАЯ ПЛАВУЧАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАБОТЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ, ВЫЗВАННОМ ВИХРЕМ Российский патент 2017 года по МПК B63B35/44 

Предпосылки изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрытие относится к системе и способу для полупогружной плавучей платформы с большой осадкой для бурения и добычи. Более конкретно, раскрытие относится к системе и способу для полупогружной плавучей платформы для минимизации перемещения, вызванного вихрем.

Описание известного уровня техники

Наиболее известные полупогружные морские платформы для бурения и добычи в море содержат корпус, который имеет достаточную плавучесть для поддержания рабочей платформы над поверхностью воды. Корпус обычно включает в себя по меньшей мере два горизонтальных понтона, которые поддерживают по меньшей мере три вертикальные колонны, которые поддерживают платформу с палубой над поверхностью воды. Полупогружные платформы стали благоприятным выбором в виде опоры плавучей буровой установки с открытой устьевой арматурой подводной скважины в неблагоприятных условиях окружающей среды, использующей стальные несущие стояки (SCR), проходящие к морскому дну, в основном, благодаря ее способности объединения в одно целое верхнего строения с причалом, экономической эффективности и приемлемого перемещения при использовании в море.

Фиг.1 - перспективный схематичный вид конструкции известной полупогружной плавучей морской платформы, изображающий только подводную часть корпуса. Известная полупогружная плавучая морская платформа 1 размещается в водном пространстве в виде рабочей конфигурации с большой осадкой и закрепляется на морском дне с помощью якорных оттяжек (не показаны). Морская платформа 1 обычно включает в себя по меньшей мере три и часто четыре колонны 2, расположенные на расстоянии друг от друга и проходящие вертикально от основания 3 платформы. Основание выполнено в данном примере с по меньшей мере тремя и часто четырьмя понтонами 4, соединенными с нижними частями 2A колонн 2. Каждый понтон 4 проходит между двумя нижними частями колонн. Примерная осадка каждой колонны 2 составляет около 20-25 метров (м) для платформ с малой осадкой и около 35-45 м для платформ с большой осадкой. Морская платформа 1 обычно закрепляется на морском дне (не показано) с помощью якорных оттяжек 30, проходящих через направляющие воронки 31, соединенные с нижними концами колон.

Известная полупогружная платформа, например, с осадкой 20 м имеет перемещение, вызванное вихрем, (ПВВ), которое является приемлемо малым вследствие небольшого возбуждения от перемещения, вызванного вихрем, вследствие небольшой осадки. Перемещение, вызванное вихрем (ПВВ), или колебания, вызванные вихрем (КВВ), являются перемещениями, вызванными в элементах, обращенных к внешнему потоку, за счет периодических неравномерностей этого потока. Обычно, термин ПВВ используется для закрепленной плавучей конструкции и термин КВВ используется для стальных несущих стояков (SCRs) и других стояков. Текучие среды имеют некоторую вязкость, и поток текучей среды вокруг элемента, такого как цилиндр в воде, будет замедляться при контакте с его поверхностью, образуя граничный слой. В некоторой точке этот граничный слой может отделяться от элемента. Затем образуются вихри, изменяющие распределение давления вдоль поверхности. При несимметричном образовании вихрей вокруг элемента относительно его средней плоскости разные подъемные силы создаются на каждой стороне элемента, таким образом, приводя к перемещению, поперечному потоку. ПВВ и КВВ являются важными источниками усталостного повреждения морских платформ для разведки и добычи нефти, стояков и других конструкций. Эти конструкции подвергаются влиянию, как имеющемуся потоку, так и перемещениям судна с верхней частью, которые вызывают перемещение конструкции относительно потока. Это относительное перемещение может вызывать «блокировку» ПВВ/КВВ. «Блокировка» возникает, когда уменьшенная скорость U_rn находится в критическом диапазоне, зависящем от условий потока, и может быть представлена ниже в соответствии с формулой:

5<U_r=u T_n/D<7

U_r: уменьшенная скорость на основании естественного периода колебаний закрепленной плавучей конструкции,

u: скорость потоков текучей среды (метры в секунду),

T_n: естественный период колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения (секунды),

D: диаметр или ширина колонны (метры).

Блокировка может возникнуть, когда частота распространения вихря становится близкой к естественной частоте вибрации конструкции. При возникновении блокировки могут возникнуть большие и разрушающие колебания.

Известно, что полупогружные платформы с большой осадкой подвергаются ПВВ вследствие увеличенной продолжительности возбуждения более длинных колонн по сравнению с погружными платформами с малой осадкой с более короткими колоннами.

Таким образом, остается необходимость в усовершенствованной работе полупогружных плавучих конструкций, особенно полупогружных плавучих конструкций с большой осадкой относительно ПВВ.

Краткое описание настоящего изобретения

Раскрытие описывает полупогружную морскую платформу с колоннами, имеющими увеличенное основание в нижней части каждой колонны с понтонами, соединенными между колоннами. Увеличенное основание образует нижний участок колонны с горизонтальным размером, проходящим горизонтально наружу от периметра колонны. Увеличенное основание может проходить наружу от колонны по меньшей мере на 10% от ширины колонны, соединенной с по меньшей мере одним основанием колонны. В некоторых вариантах осуществления увеличенное основание может проходить во всех направлениях от колонны, в данном документе «симметрично», и в других вариантах осуществления увеличенное основание может проходить менее чем во всех направлениях от колонны, в данном документе «асимметрично». Увеличенное основание может быть одним единственным объемом или множеством несоединенных объемов. Увеличенное основание изменяет структуру потока вокруг основания и колонны и нарушает когерентность распространения вихря. Одним примером такого увеличенного основания является повернутый на 45 градусов квадрат, который является соосным с колонной. Внутренние углы этого повернутого квадратного основания могут быть срезаны для соответствия ширине понтона. Наружные углы этого квадратного основания также могут быть срезаны для удобства конструкции или других конструктивных соображений. Хотя высота основания может изменяться относительно высоты понтона от более низкой до более высокой, увеличенное основание имеет обычно, по меньшей мере, такую же высоту, что и высота понтона, и в некоторых вариантах осуществления является более высоким. Когда увеличенное основание выше понтона, верхняя часть основания находится на высоте между верхней частью понтона и поверхностью воды, в которой плавает платформа. В по меньшей мере одном варианте осуществления высота основания может составлять 20-60% от осадки платформы. В некоторых вариантах осуществления объем понтона может быть уменьшен обратно пропорционально увеличению основания, чтобы иметь аналогичную общую плавучесть. Само основание может быть дополнительно увеличено в размере около нижней части основания для соответствия другим требованиям, таким как плавучесть около пристани.

Считают, что увеличенное основание нарушает когерентность распространения вихря вдоль длины колонны и, следовательно, уменьшает ПВВ. Считают, что когерентность распространения вихря вдоль длины колонны нарушена до некоторой степени, и эффективная продолжительность возбуждения ПВВ колонны уменьшена. Оказывается, что синхронизация распространения вихря между колоннами также нарушена до некоторой степени. Ожидают, что ПВВ меньше, чем ПВВ подобной полупогружной платформы с колоннами постоянного поперечного сечения с большой осадкой. Считают, что основание и его конструктивные нарушения в профиле колонны образуют интерферирующие вихревые потоки, которые нарушают общий вихревой поток. Это создание интерферирующих вихревых потоков является неожиданным для обычных конструкторских работ в промышленности, которые обычно пытаются ограничивать создание вихря и стремятся обеспечить плавные потоки вокруг морской конструкции. Кроме того, более высокие, чем известные понтоны, совершают даже меньшее ПВВ за счет обеспечения большего демпфирования.

Раскрытие описывает полупогружную плавучую морскую конструкцию с уменьшенным перемещением, вызванным вихрем, содержащую множество колонн, соединенных с палубой и расположенных на расстоянии друг от друга, причем колонны имеют высоту, измеренную от нижней части колонн до палубы, по меньшей мере два основания колонн, соединенных с по меньшей мере двумя колоннами, причем основания колонн имеют высоту, по меньшей мере два понтона, соединенных с по меньшей мере одним из колонны, оснований колонн или их сочетания, причем понтоны имеют высоту, причем морская конструкция имеет высоту осадки для плавания в воде, и по меньшей мере одно из оснований колонн имеет высоту 20-60% от высоты осадки и имеет ширину выступа, которая составляет по меньшей мере 10% от ширины колонны, соединенной с по меньшей мере одним основанием колонны.

Раскрытие описывает способ уменьшения перемещения, вызванного вихрем, полупогружной плавучей морской платформы, причем платформа имеет множество колонн, соединенных с палубой и расположенных на расстоянии друг от друга, причем колонны имеют высоту, измеренную от нижней части колонн до палубы, по меньшей мере два основания колонн, соединенных с по меньшей мере двумя колоннами, причем основания колонн имеют высоту, и по меньшей мере два понтона, соединенных с по меньшей мере одним из колонны, оснований колонн или их сочетания, причем понтоны имеют высоту, причем морская конструкция имеет высоту осадки для плавания в воде, и по меньшей мере одно из оснований колонн имеет высоту 20-60% от высоты осадки и имеет ширину выступа, которая составляет по меньшей мере 10% от ширины колонны, соединенной с по меньшей мере одним основанием колонны, включающий в себя обеспечение воды для прохождения около морской конструкции, и нарушение когерентности распространения вихря вокруг морской конструкции за счет создания интерферирующих вихревых потоков вокруг по меньшей мере одного из колонн и основания колонны, соединенного с колонной, при прохождении воды около колонны и основания колонны.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - перспективный схематичный вид известной конструкции полупогружной морской платформы, изображающий только подводную часть корпуса;

фиг.2A - перспективный схематичный вид примера полупогружной плавучей морской платформы в соответствии с идеями данного документа с увеличенными основаниями колонн;

фиг.2B - схематичный вид сверху примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2A;

фиг.2C - схематичный вид сбоку примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2A;

фиг.2D - перспективный схематичный вид изменения примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2B;

фиг.3A - перспективный схематичный вид альтернативного примера полупогружной плавучей морской платформы с увеличенными основаниями колонн в соответствии с идеями данного документа;

фиг.3B - схематичный вид сбоку альтернативного примера полупогружной плавучей морской платформы, подобный варианту осуществления на фиг.3A, причем основным отличием является высота понтона относительно основания;

фиг.4A - схематичный вид сверху примера колонны и основания колонны;

фиг.4B - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны;

фиг.4C - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны;

фиг.4D - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны;

фиг.4E - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны;

фиг.5 - схематичный вид сверху другого примера полупогружной плавучей морской платформы;

фиг.6 - график перемещения, вызванного вихрем, (ПВВ) различных испытанных конфигураций для сравнения характеристик между известной конструкцией полупогружной плавучей морской платформы и различными вариантами осуществления новой конструкции, описанной в данном документе.

Подробное описание

Чертежи, описанные выше, и описание конкретных конструкций и функций, приведенное ниже, не предназначены для ограничения объема того, что заявитель изобрел, или объема прилагаемой формулы изобретения. Скорее, чертежи и описание представлены для информирования специалиста в данной области техники о том, как осуществить и использовать изобретения, для которых необходима патентная охрана. Специалисты в данной области техники должны понимать, что для ясности и понимания не все признаки коммерческого варианта осуществления изобретений описаны или показаны. Специалисты в данной области техники также должны понимать, что для разработки действительного коммерческого варианта осуществления, включающего в себя аспекты настоящих изобретений, потребуется множество конкретных решений по осуществлению для достижения конечной цели изобретателя для коммерческого варианта осуществления. Такие конкретные решения по осуществлению могут включать в себя и, вероятно, не ограничиваются этим, соответствие со связанной системой, связанным бизнесом, связанным правительством и другими ограничениями, которые могут изменяться в соответствии с конкретным осуществлением, местоположением и по мере необходимости. Хотя работа изобретателя может быть сложной и трудоемкой в абсолютном смысле, такая работа будет, тем не менее, рутинной работой, выполняемой для того, чтобы специалисты в данной области техники имели выгоду от данного раскрытия. Следует понимать, что изобретения, раскрытые и указанные в данном документе, допускают многочисленные и различные модификации и альтернативные формы. Подразумевается, что использование термина единственного числа, такого как, но не ограничиваясь этим, «неопределенный артикль», является не ограничивающим количество элементов. Кроме того, использование соответственных терминов, таких как, но не ограничиваясь этим, «верхняя часть», «нижняя часть», «левый», «правый», «верхний», «нижний», «вниз», «вверх», «боковой» и им подобное, используются в описании для ясности в конкретной ссылке на чертежи и, подразумевается, что они не ограничивают объем настоящего изобретения или прилагаемой формулы изобретения. Где целесообразно, некоторые элементы были обозначены буквой после цифры для обозначения конкретного элемента пронумерованного элемента для обеспечения описания конструкций относительно чертежей, а не ограничения в формуле изобретения, если не указано конкретно. При ссылке, в основном, на такие элементы используется цифра без буквы. Кроме того, такие обозначения не ограничивают количество элементов, которые могут быть использованы для такой функции.

Раскрытие описывает полупогружную морскую платформу с колоннами, имеющими увеличенное основание в нижней части каждой колонны с понтонами, соединенными между колоннами. Увеличенное основание колонны может быть, по меньшей мере, той же высоты, что и высота понтона, и в, по меньшей мере, варианте осуществления может составлять около 50% от осадки платформы. Увеличенное основание может изменять форму имеющегося потока вокруг основания и колонн для меньшего перемещения, вызванного вихрем. Наружный угол основания может быть срезан под наклоном. В качестве альтернативы, нижние участки колонн могут проходить горизонтально наружу для образования эффективно увеличенного основания, имеющего подобные характеристики. В некоторых вариантах осуществления объем понтона может быть уменьшен обратно пропорционально увеличению основания, чтобы иметь сопоставимую общую плавучесть.

Фиг.2A - перспективный схематичный вид примера полупогружной плавучей морской платформы в соответствии с идеями в данном документе с увеличенными основаниями колонн. Фиг.2B - схематичный вид сверху примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2A. Фиг.2C - схематичный вид сбоку примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2A. Чертежи будут описаны совместно друг с другом. Пример морской платформы 5 может содержать четыре колонны 6, расположенные на расстоянии друг от друга и проходящие вертикально к палубе 21, хотя может быть использовано меньше или больше колонн. Колонна 6 соединена с основанием 8 колонны. Основание 8 колонны увеличено относительно колонны 6 обычно вокруг колонны и, таким образом, называется «симметричной» в данном документе, хотя степень увеличения или выступа вокруг колонны может изменяться. Основание 8 колонны имеет размер “B” поперечного сечения, который больше соответствующего размера “C” поперечного сечения колонны 6, где размеры определены от наружных сторон соответствующего конструктивного элемента. По меньшей мере, одно из оснований колонн продолжается за колонну, которая соединена с таким основанием, на величину, определенную в данном документе как ширина “E” выступа. Величина ширины E выступа в данном документе может составлять по меньшей мере 10% от ширины колонны, соединенной с по меньшей мере одним основанием колонны, по меньшей мере 20% и, преимущественно, по меньшей мере 30% за колонну. Термин «длина» широко используется в данном документе, и подразумевается, что означает среднюю длину через колонну или основание от стороны колонны через середину колонны к противоположной наружной точке, или через закругленную колонну, если она круглая или эллиптическая. Например, прямоугольная колонна имеет ширину, измеренную перпендикулярно к сторонам. Шестиугольная или восьмиугольная колонна имеет ширину, измеренную перпендикулярно от одной поверхности к противоположной поверхности, проходящую через центр восьмиугольника. Круглая колонна имеет ширину через диаметр. Прямоугольная колонна имеет ширину, которая составляет в среднем, исходя из размера, перпендикулярного к коротким и длинным сторонам. Эллиптическая колонна имеет ширину, которая составляет в среднем исходя из малой и большой оси через центр эллипса. Для колонн другой формы, не имеющих непосредственно расположенные параллельно противоположные стороны, такие как треугольники и пятиугольники, ширина может быть измерена перпендикулярно к стороне через центр колонны к противоположному углу. Таким образом, в по меньшей мере одном варианте осуществления минимальный выступ основания за колонну может быть определен посредством измерения ширины колонны и умножения этого размера на 10% для определения величины выступа основания за колонну.

Основание колонны может иметь высоту “H_B” и колонна может иметь высоту H_C от нижней части 26 колонны до палубы 21. Основание 8 колонны может эффективно заменять участок длины обычной колонны 6, которая не имеет основания, обеспечивая эффективно длину H_C’ колонны, и, таким образом, укорачивая эффективную длину колонны относительно потока воды мимо колонны. Основание 8 колонны может окружать участок колонны 6 или быть соединено с нижней частью колонны. Обычно, якорные оттяжки 31 будут соединены с возможностью скольжения через направляющие воронки 31 с основанием 8 колонны.

Полупогружная плавучая морская платформа 5 может быть размещена в водоеме в виде рабочей конфигурации с большой осадкой. Обычно, осадка “H_D” измеряется от нижней части конструкции до поверхности 22 среднего уровня воды. В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления высота H_B основания может составлять значительный процент от осадки H_D полупогружной плавучей морской платформы, такой как около 20-60% и любой увеличивающийся постепенно процент между ними (такой как 21-59%, 30-50%, 20,1-59,9% и так далее), более точно около 40-60% и любой увеличивающийся постепенно процент между ними, и преимущественно, около 50% от осадки.

Основания 8 колонн соединены вместе с помощью понтонов 7 для образования основания 10 платформы. Обычно, любая заданная колонна, основание колонны, соединенное с колонной, или их сочетание будут соединены с по меньшей мере двумя понтонами для образования замкнутого узла понтонов и колон/оснований. Понтон 7 имеет ширину “P” и высоту “H_P”. В примере осуществления, изображенном на фиг.2A, понтон имеет относительно постоянную ширину. Обычно, высота H_B основания является, по меньшей мере, такой же, что и высота H_P понтона. В некоторых вариантах осуществления высота H_B основания больше высоты H_P понтона, так что верхняя часть 28 основания 8 расположена между верхней частью 27 понтона и поверхностью 22 воды.

Увеличенное основание колонны способствует нарушению когерентности распространения вихря вдоль общей длины колонны. Считают, что нарушение когерентности вызвано дополнительной конструкцией, которая создает интерферирующие вихревые потоки вокруг колонны и основания колонны при прохождении воды около колонн и оснований колонн. Интерферирующие локализованные вихревые потоки противодействуют общим вихревым потокам для вызывания локализованных нарушений вихревых потоков плавучей морской конструкцией. Эти локализованные нарушения обычно должны быть предотвращены в известных конструкциях морских судов. Однако изобретатель понял, что преднамеренное создание таких локализованных вихревых потоков может быть продуктивно использовано для разрушения общего вихревого потока относительно плавучей морской конструкции и уменьшения общего ПВВ.

В по меньшей мере одном варианте осуществления сторона 25 основания 8 колонны может быть ориентирована под углом «α» к стороне 24 колонны 6, так что основание колонны эффективно «повернуто» относительно колонны. Угол «α» относительно линии 16, проведенной между колоннами на заданной стороне платформы 5, может составлять 10-80 градусов и любой угол между ними, преимущественно, 30-60 градусов и, более преимущественно, 45 градусов. Следует понимать, что угловое измерение в градусах не означает, что является точным измерением, но означает, что описывает угол, который находится в пределах инженерно-технических параметров для таких больших конструкций. Внутренний угол 23 может быть образован («срезан») для соответствия с шириной сопряженного понтона 7. По выбору наружный угол 9 также может быть срезан для соответствия конструктивным потребностям. Величина угла «δ» срезанных углов может быть подобна величине угла «α» основания колонны. Хотя описан каждый из углов 9, 23, следует понимать, что также могут быть образованы другие углы основания.

Кроме того, когда основание повернуто, полученное в результате значение ширины E’ выступа основания за колонну на повернутой стороне может регулироваться для соответствия предварительно установленным критериям процентного выступа основания за колонну.

По сравнению с известной полупогружной плавучей морской платформой процент общего объема основания 3 платформы может быть изменен для увеличенных оснований 8 колонн, так что процент общего объема понтонов 7 уменьшен. Это изменение эффективно уменьшает тяжелую нагрузку на морскую платформу 5, поскольку силы волн, действующие на расположенные далеко друг от друга основания 8 колонн, для каждой колонны 6 не будут достигать максимума одновременно вследствие синхронизации фаз волн. В неограничивающем примере понтон 7 может иметь около 19 метров (м) в ширину и 12 м в высоту. Примерная длина понтона может составлять около 48 м. Примерная высота H_B основания 8 может составлять около 20 м, и примерная осадка колонны 6 может составлять около 41 м в высоту от нижней части 26 колонны до поверхности 22 воды. Колонна 6 может проходить еще 20 м в высоту над поверхностью 22 воды до палубы 21, так что общая высота H_C колонны 6 от нижней части 26 до палубы 21 составляет около 61 м, и эффективная высота H_C’ колонны составляет 41 м, то есть разность между высотой колонны и высотой основания. Основание 8 колонны в нижней части 26 колонны эффективно уменьшает длину колонны 6 до обнаружения основания 8 колонны и способствует нарушению когерентности распространения вихря между колонной и основанием колонны.

Фиг.2D - перспективный схематичный вид варианта примера полупогружной плавучей морской платформы на фиг.2B. Платформа 5 включает в себя множество колонн 6, которые соединены с основанием 8 колонны, с понтонами 7, соединенными между ними. Основания 8 колонн и понтоны 7 образуют основание 10 платформы. Колонны 6 и основания 8 колонн имеют обычно круглое поперечное сечение. Основание 8 колонны имеет размер B поперечного сечения, который больше размера C поперечного сечения колонны 6 для получения ширины E выступа за основание, как описано выше. Если необходимо, внутренняя поверхность 23’ колонны 6 может быть срезана для соединения с понтоном 7.

Фиг.3A - перспективный схематичный вид альтернативного примера полупогружной плавучей морской платформы с увеличенными основаниями колонн в соответствии с идеями в данном документе. Фиг.3B - схематичный вид сбоку альтернативного примера полупогружной плавучей морской платформы, подобный варианту осуществления, изображенному на фиг.3A, причем основным отличием является высота понтона относительно основания. Чертежи будут описаны совместно друг с другом.

Полупогружная плавучая морская платформа 5 может включать в себя эффективное основание 8’ колонны вместе с колонной 6. Основание 8’ колонны может быть образовано из горизонтального выступа 11 колонны, которое соединено с нижним участком колонны 6 на одной или более наружных сторон колонны 6, а не вокруг всей колонны, и, таким образом, называется «асимметричным» в данном документе, где степень асимметрии может изменяться. Горизонтальный выступ 11 эффективно увеличивает колонну 6 в этой зоне и образует эффективное основание 8’ колонны, которое включает в себя горизонтальный выступ колонны, который выполняет функцию основания 8 колонны, рассмотренного на фиг.2A-2D. Эффективное основание 8’ колонны имеет размер B поперечного сечения, который больше размера C поперечного сечения колонны 6, приводя к ширине E выступа основания 8’ колонны относительно колонны 6. Колонна 6, таким образом, эффективно укорочена относительно потока воды вокруг наружных частей колонны до расположения эффективного основания 8’ колонны. Горизонтальный выступ 11 колонны образует эффективную наружную нижнюю часть 26’ колонны наверху горизонтального выступа колонны на наружном участке колонны 6 и, таким образом, эффективно укорачивает колонну по сравнению с колонной без основания 8’ колонны. По выбору, угол 9 может быть острым, как описано в данном документе. Колонны 6 с эффективными основаниями 8’ колонн соединены при помощи понтонов 7 для образования основания 10 платформы так же, как описано выше.

Кроме того, выступ 11 колонны может быть смещен от колонны для образования зазора 29 между стороной 32 колонны 6 и стороной 33 эффективного основания 8’, причем стороны в варианте осуществления, изображенном на фиг.3B, удалены от наружной стороны 34 горизонтального выступа 11 колонны. Зазор 29 предлагает конструкцию, которая также может создавать вихревые потоки для разрушения общего вихревого потока вокруг плавучей морской платформы и иначе изменяет форму имеющегося потока вокруг основания и колонн для уменьшения ПВВ.

В числе других аспектов такая конструкция может использоваться для модификации существующих известных платформ, таких как изображенных на фиг.1, для обеспечения преимущества в соответствии с идеями в данном документе.

Подобно варианту осуществления на фиг.2A-2C процент объема понтона смещен к эффективному основанию каждой колонны. Это смещение эффективно уменьшает тяжелую нагрузку на платформу вследствие синхронизации фаз волн. В этом конкретном неограничивающем примере ширина понтона может изменяться и может составлять 10 м в середине пролета 7A, 16 м на концах 7B и 12 м в высоту. Длина этого понтона может составлять 48 м. Горизонтальный выступ 11 колонны может составлять 20 м в высоту H_B и 8 м в ширину E выступа за колонну, измеренную горизонтально от наружной стороны колонны до наружной стороны выступа. Колонна может составлять 61 в высоту H_C от нижней части 26 и 41 м для эффективной высоты H_C’. Рабочая осадка H_D может составлять 41 м, таким образом, колонна 6 может проходить около 20 м над поверхностью 22 воды в положении нормальной осадки. Как указано выше, высота H_B горизонтального выступа 11 колонны может быть существенным участком высоты H_D осадки, таким как около 20-60% и любой увеличивающийся процент между ними, около 40-60% и, преимущественно, около 50% от высоты осадки. В качестве эффективного основания 8’ колонны горизонтальный выступ 11 колонны нарушает когерентность распространения вихря вдоль длины колонны.

Фиг.4A - схематичный вид сверху примера колонны и основания колонны. Колонна 6 может быть расположена на или в симметричном основании 8A колонны. Один или более наружных углов 9 могут быть острыми, и один или более внутренних углов 23 могут быть срезаны для соответствия ширине сопряженного понтона 7. Основание 8A может симметрично проходить за колонну 6A, имея ширину E выступа. Ширина E’ выступа может быть достаточно большой для соответствия предварительно установленным критериям процентного выступа основания за колонну, описанным выше.

Фиг.4B - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны. Колонна 6B может быть расположена на или в симметричном основании 8B колонны, имеющем ширину E выступа. Наружный угол 9 может быть срезан под наклоном, и внутренний угол 23 может быть срезан для соответствия ширине сопряженного понтона 7. Ширина E’ выступа может быть достаточно большой для соответствия предварительно установленным критериям процентного выступа основания за колонну, описанным выше.

Фиг.4C - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны. Эффективное основание 8’A колонны соединено с колонной 6C, имея ширину E выступа за колонну. Эффективное основание 8’A колонны расположено асимметрично вокруг колонны 6C. Эффективное основание 8’A колонны образовано за счет горизонтального выступа 11A колонны, которое может быть соединено с колонной 6C на двух наружных сторонах колонны 6C. Горизонтальный выступ 11A колонны может быть соединен с колонной 6C таким образом, чтобы оставлять зазор 29A, образованный дистально от наружной поверхности 34 выступа 11A, и зазор 29B, образованный дистально от наружной поверхности 35 выступа. Наружный угол 9 выступа может быть острым. Ширина E’ выступа может быть достаточно большой для соответствия предварительно установленным критериям процентного выступа основания за колонну, описанным выше.

Фиг.4D - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны. Эффективное основание 8’B колонны соединено с колонной 6D, имея ширину E выступа. Эффективное основание 8’C колонны расположено асимметрично вокруг колонны 6D, как показано на виде сверху. Эффективное основание 8’A колонны образовано за счет горизонтального выступа 11B колонны, который может быть соединен с колонной 6D на двух наружных сторонах колонны 6. Горизонтальный выступ 11A колонны может быть соединен с колонной 6C таким образом, чтобы оставлять зазор 29A, образованный дистально от наружной поверхности 34 выступа, и зазор 29B, образованный дистально от наружной поверхности 35 выступа. Наружный угол 9 может быть срезан под наклоном.

Фиг.4E - схематичный вид сверху другого примера колонны и основания колонны. Эффективное основание 8’C колонны соединено с колонной 6E, имея ширину E выступа. Эффективное основание 8’C колонны расположено асимметрично вокруг колонны 6E, как показано на виде сверху. Горизонтальный выступ 11C колонны может быть соединен с наружной стороной колонны 6E. Горизонтальный выступ 11C колонны может быть соединен с колонной 6E таким образом, чтобы оставлять зазор 29A и зазор 29B на сторонах выступа 11C. Зазоры оставляют незащищенной конструкцию, которая способствует созданию вихревых потоков для нарушения когерентности распространения вихря вокруг морской конструкции и уменьшению ПВВ. Другой горизонтальный выступ 11D может быть соединен с другой наружной стороной колонны 6E. Горизонтальный выступ 11D колонны может быть соединен с колонной 6E таким образом, чтобы оставлять зазор 29C и зазор 29D на сторонах выступа 11D.

Пример оснований колонн и эффективные основания колонн могут быть объединены различными способами. Например, все колонны на конкретной морской плавучей платформе могут иметь одинаковые или подобные выполненные симметрично или асимметрично основания. В качестве альтернативы, колонны на конкретной морской плавучей платформе могут иметь разнообразные симметричные или асимметричные основания, где колонна может иметь основание, отличное от другой колонны.

Фиг.5 - схематичный вид сверху другого примера полупогружной плавучей морской платформы. Колонны 6 могут быть соединены с одним или более понтонов 7, расположенных между ними. Эффективное основание 8A колонны, имеющее горизонтальный выступ 11A за колонну, может быть расположено горизонтально наружу в первом направлении от колонны 6A. В качестве примера горизонтальный выступ 11A колонны может быть соединен с колонной 6A таким образом, чтобы оставлять зазор 29A и зазор 29B на сторонах выступа 11A. Другое основание 8B колонны, имеющее горизонтальный выступ 11B за колонну, может быть расположено горизонтально наружу во втором направлении от его соответствующей колонны 6B, которое отличается от первого направления. Другое основание 8C колонны, имеющее горизонтальный выступ 11C за колонну, может быть расположено горизонтально наружу в третьем направлении от его соответствующей колонны 6C, которое отличается от первого и второго направлений. Другое основание 8D колонны, имеющее горизонтальный выступ 11D за колонну, может быть расположено горизонтально наружу в четвертом направлении от его соответствующей колонны 6D, которое отличается от первого, второго и третьего направлений. Возможны другие сочетания, включающие в себя расположение горизонтальных выступов на двух колоннах на сторонах, расположенных в одном и том же направлении от их соответствующих колонн.

Пример

Фиг.6 - кривая перемещения, вызванного вихрем, (ПВВ) различных испытанных конфигураций для сравнения характеристик и полученного в результате ПВВ вокруг морской платформы 5 между известной конструкцией полупогружной плавучей морской платформы и различными вариантами осуществления новой конструкции, описанной в данном документе. Фиг.6 иллюстрирует характерную диаграмму на основании таких результатов испытании ПВВ.

Испытания проводились в опытном бассейне со спокойной водой с помощью модели, буксируемой кареткой, для имитации равномерного и постоянного потока. Один конец пружины был закреплен на каждом угле модели, другой конец пружины был закреплен на каретке. Движения с шестью (6) степенями свободы модели измерялись с помощью оптической системы слежения, и натяжение каждой пружины измерялось линейным датчиком механической нагрузки. Скорость каретки регулировалась, и весь рассматриваемый диапазон скоростей включал в себя множество буксировок.

Случаи 1, 2 и 3 являются типом, как показано в качестве примера на фиг.3A. Случай 1 включает в себя колонну, имеющую асимметричное основание горизонтального прохождения колонны, которое проходило наружу от колонны приблизительно на 8 м и имело высоту H_B основания, которая на 6 м выше высоты H_P понтона, который соединен с колоннами, основаниями или их сочетанием. Случай 2 включает в себя колонну, имеющую асимметричное основание горизонтального прохождения колонны, которое проходило наружу от колонны приблизительно на 8 м и имело высоту H_B основания, которая на 3 м выше высоты H_P понтона, который соединен с колоннами, основаниями или их сочетанием. Случай 3 включает в себя колонну, имеющую асимметричное основание горизонтального прохождения колонны, которое проходило наружу от колонны приблизительно на 10,5 м и имело высоту H_B основания, которая, по существу, равна высоте H_P понтона, который соединен с колоннами, основаниями или их сочетанием. Случай 4 включает в себя известную колонну, которая соединена с понтоном без основания колонны.

В основном, величина фактора ПВВ для платформы по оси Y изображена графически на основании фактора потока воды по оси X при направлении 45 градусов. Кривая показывает реакцию (1) скорости потоков воды, умноженной на естественный период колебаний конструкции в спокойной воде, разделенной на ширину колонны (или основания колонны) по оси X, по сравнению с (2) амплитудой перемещения конструкции платформы, разделенной на ширину колонны (или основания колонны) по оси Y. Как показано на фиг.6, известная платформа (случай 4) имеет наихудшее ПВВ по результатам испытания. Случаи 1-3 имеют значительно меньшее ПВВ.

Другие и дополнительные варианты осуществления, использующие один или более аспектов настоящего изобретения, описанных выше, могут быть осуществлены без отхода от сущности настоящего изобретения. Например, может быть использовано различное количество колонн и оснований, и различные длины колонн и оснований могут быть использованы наряду с различными формами. Другие изменения системы возможны.

Кроме того, различные способы и варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть включены в сочетании друг с другом для осуществления изменений раскрытых способов и вариантов осуществления. Рассмотрение элементов в единственном числе может включать в себя элементы во множественном числе и наоборот. Ссылки на по меньшей мере один элемент с последующей ссылкой на данный элемент могут включать в себя один или более элементов. Кроме того, различные аспекты вариантов осуществления могут быть использованы совместно друг с другом для осуществления изученных целей раскрытия. Если контекст не требует иного, следует понимать, что слово «содержать» или варианты, такие как «содержит» или «содержащий», подразумевает включение, по меньшей мере, указанного элемента или этапа или группы элементов или этапов или их эквивалентов, а не исключение большей численной величины или любого другого элемента или этапа или группы элементов или этапов или их эквивалентов. Устройство или система может быть использована в ряде направлений и ориентаций. Термин «соединенный», «соединяющий», «соединитель» и подобные термины широко используются в данном документе и могут включать в себя любой способ или устройство для закрепления, соединения, связывания, крепления, присоединения, соединения, вставки, образования, взаимосвязи или иного соединения, например механического, магнитного, электрического, химического, функционального, непосредственного или косвенного, с промежуточными элементами, одной или более частей элементов вместе, и могут дополнительно включать в себя без ограничения выполнение как одного целого одного функционального элемента с другим. Соединение может осуществляться в любом направлении, включая направление вращения.

Порядок осуществления этапов может происходить во множестве последовательностей, если не ограничено конкретно иное. Различные этапы, описанные в данном документе, могут быть объединены с другими этапами, осуществляться между упомянутыми этапами и/или разбиваться на множество этапов. Подобным образом, элементы были описаны функционально и могут быть воплощены в виде отдельных элементов или могут быть объединены в элементы, имеющие множество функций.

Настоящее изобретение было описано в контексте предпочтительных и других вариантов осуществления, и не каждый вариант настоящего изобретения был описан. Очевидные модификации и изменения описанных вариантов осуществления доступны для специалистов в данной области техники с учетом раскрытия, содержащегося в данном документе. Подразумевается, что раскрытые и нераскрытые варианты осуществления не ограничивают объем или применимость настоящего изобретения, предложенного заявителем, а скорее в соответствии с патентными законами, заявитель намеревается полностью защитить все такие модификации и усовершенствования, которые входят в объем или серию эквивалентов нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к полупогружным плавучим морским конструкциям для бурения и добычи углеводородов. Предложена полупогружная плавучая морская конструкция с колоннами, имеющими увеличенное основание в нижней части каждой колонны с понтонами, соединенными между колоннами. Увеличенное основание колонны может иметь высоту, которая в, по меньшей мере, варианте осуществления может составлять около 50% от осадки плавучей морской конструкции. Увеличенное основание может изменять форму существующего потока вокруг основания и колонн для обеспечения меньшего перемещения, вызванного вихрем. Наружный угол основания может быть срезан под наклоном. В качестве альтернативы нижние участки колонн могут проходить горизонтально наружу для образования эффективно увеличенного основания, имеющего подобные характеристики. В некоторых вариантах осуществления объем понтона может быть уменьшен обратно пропорционально увеличению основания, чтобы иметь аналогичную общую плавучесть. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик полупогружной плавучей морской конструкции. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Полупогружная плавучая морская конструкция с уменьшенным перемещением, создаваемым вихрем, содержащая

множество колонн (6), соединенных с палубой (21) и отстоящих друг от друга, причем колонны имеют высоту (Н_С), измеренную от низа (26) колонн до палубы (21), и колонны (6) выполнены с возможностью блокировки, исходя из скорости течений текучей среды, естественного периода колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения и диаметра или ширины колонны;

по меньшей мере два основания (8) колонн, соединенные с по меньшей мере двумя колоннами (6), причем основания колонн имеют высоту (Н_В) основания, причем по меньшей мере одно из оснований (8) колон выполнено асимметричным относительно соответствующей колонны (6); и

по меньшей мере два понтона (7), соединенные с по меньшей мере одним из: оснований (8) колонн, колонн (6) или их сочетания, и имеющие высоту (Н_Р), которая меньше высоты (Н_В) основания по меньшей мере одного из оснований (8) колонны;

причем полупогружная плавучая морская конструкция имеет высоту (H_D) осадки для плавания в воде и по меньшей мере одно из оснований (8) колонн имеет высоту (Н_В), которая меньше высоты (H_D) осадки, так что основание колонны находится под водой, когда полупогружная плавучая морская конструкция плавает в воде, и основание (8) колонны выступает наружу из колонны (6), соединенной с основанием (8) колонны;

при этом по меньшей мере одно основание (8) колонны выполнено с возможностью нарушения когерентности распространения вихря вокруг морской конструкции за счет создания интерферирующих вихревых потоков вокруг по меньшей мере одной из колонн для снижения создаваемого вихрем перемещения, вызванного блокировкой.

2. Конструкция по п.1, в которой высота основания составляет 20-60% от высоты осадки.

3. Конструкция по п.1, в которой верхняя часть по меньшей мере одного из оснований колонн выше верхней части по меньшей мере одного из понтонов.

4. Конструкция по п.1, в которой по меньшей мере одно из оснований колонн проходит симметрично от по меньшей мере одной из колонн, соединенных с основаниями.

5. Конструкция по п.4, в которой верхняя часть по меньшей мере одного из оснований колонн выше верхней части по меньшей мере одного из понтонов.

6. Конструкция по п.1, в которой по меньшей мере одно из оснований колонн проходит асимметрично наружу от по меньшей мере одной из колонн, соединенных с основаниями.

7. Конструкция по п.1, в которой верхняя часть по меньшей мере одного из оснований колонн находится, по меньшей мере, на такой же высоте, что и верхняя часть по меньшей мере одного из понтонов.

8. Конструкция по п.1, в которой по меньшей мере одно из оснований колонн смещено от колонны, соединенной с основанием колонны, для образования зазора между стороной колонны и стороной основания, которые удалены от наружной стороны основания.

9. Конструкция по п.1, в которой по меньшей мере одно из оснований колонн содержит горизонтальный выступ колонны.

10. Конструкция по п.9, в которой горизонтальный выступ колонны имеет угол, проходящий наружу от конструкции, причем угол образован под углом 10-80° относительно линии, проведенной между двумя из колонн вдоль стороны конструкции.

11. Конструкция по п.1, в которой сторона по меньшей мере одного из оснований колонн ориентирована под углом к по меньшей мере одной стороне колонн.

12. Конструкция по п.11, в которой угол составляет 10-80° относительно линии, проведенной между двумя из колонн вдоль стороны конструкции.

13. Конструкция по п.1, в которой плавучая морская конструкция содержит по меньшей мере три колонны и по меньшей мере три основания колонн, соединенных с колоннами.

14. Конструкция по п.1, в которой блокировка соответствует формуле

5<U_r=u T_n/D<7,

где U_r: уменьшенная скорость на основании естественного периода колебаний закрепленной плавучей конструкции,

u: скорость потоков текучей среды (метры в секунду),

T_n: естественный период колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения (секунды),

D: диаметр или ширина колонны (метры).

15. Способ уменьшения перемещения, созданного вихрем, полупогружной плавучей морской конструкции, причем конструкция содержит множество колонн (6), соединенных с палубой (21) и отстоящих друг от друга, и колонны (6) имеют высоту (Н_С), измеренную от низа (26) колонн до палубы (21), при этом колонны выполнены с возможностью блокировки, исходя из скорости течений текучей среды, естественного периода колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения и диаметра или ширины колонны; по меньшей мере два основания (8) колонн, соединенные с по меньшей мере двумя колоннами (6) и имеющие высоту (Н_В), причем по меньшей мере одно из оснований (8) колонн выполнено асимметричным относительно соответствующей колонны (6), и по меньшей мере два понтона (7), соединенные с по меньшей мере одним из: оснований (8) колонн, колонн (6) или их сочетания, причем понтоны (7) имеют высоту (Н_Р), которая меньше высоты (Н_В) основания по меньшей мере одного из оснований колонн, а полупогружная плавучая морская конструкция имеет высоту (H_D) осадки для плавания в воде, и по меньшей мере одно из оснований (8) колонн имеет высоту (Н_С), которая меньше высоты (H_D) осадки, так что основание (8) колонны находится под водой, когда полупогружная морская конструкция плавает в воде, и основание (8) колонны выступает наружу из колонны (6), соединенной с основанием колонны, при этом согласно способу

обеспечивают течение воды мимо морской конструкции; и

нарушают когерентность распространения вихря вокруг морской конструкции за счет создания интерферирующих вихревых потоков вокруг по меньшей мере одной из колонн (6) и основания (8) колонны, соединенного с колонной (6), при течении воды мимо колонны и основания колонны для снижения перемещения, вызванного вихрем и блокировкой.

16. Способ по п.15, согласно которому дополнительно нарушают синхронизацию распространения вихря между колоннами.

17. Способ по п.15, согласно которому по меньшей мере одно из оснований колонн соединяют с по меньшей мере одной из колонн для образования зазора между стороной колонны и стороной основания, которые удалены от наружной стороны основания, и дополнительно создают вихревые потоки вокруг зазора для нарушения когерентности распространения вихря.

18. Способ по п.15, согласно которому блокировка соответствует формуле

5<U_r=u T_n/D<7,

где U_r: уменьшенная скорость на основании естественного периода колебаний закрепленной плавучей конструкции,

u: скорость потоков текучей среды (метры в секунду),

T_n: естественный период колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения (секунды),

D: диаметр или ширина колонны (метры).

19. Полупогружная плавучая морская конструкция с уменьшенным перемещением, созданным вихрем, содержащая

множество колонн (6), соединенных с палубой (21) и отстоящих друг от друга, причем колонны имеют высоту (Н_С), измеренную от низа (26) колонн до палубы (21);

по меньшей мере два основания (8) колонн, соединенные с по меньшей мере двумя колоннами (6) и имеющие высоту (Н_В), причем по меньшей мере одно из оснований (8) колонн выполнено асимметричным относительно соответствующей колонны (6); и

по меньшей мере два понтона (7), соединенные с по меньшей мере одним из: оснований (8) колонн, колонн или их сочетания, и имеющие высоту (Н_Р), которая меньше высоты (Н_В) основания по меньшей мере одного из оснований колонн;

причем полупогружная плавучая морская конструкция имеет высоту (H_D) осадки для плавания в воде, и по меньшей мере одно из оснований (8) колонн имеет высоту (Н_В), которая составляет, по меньшей мере, 20% высоты (H_D) осадки и настолько меньше высоты (H_D) осадки, что основание колонны находится под водой, когда полупогружная плавучая морская конструкция плавает в воде, и основание (8) колонны выступает наружу из колонны (6), соединенной с основанием колонны;

при этом по меньшей мере одно основание (8) колонны выполнено с возможностью нарушения когерентности распространения вихря вокруг морской конструкции за счет создания интерферирующих вихревых потоков вокруг по меньшей мере одной из колонн (6).