(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海面の上方に設けられた上バージ（１）を含み、この上バージが、実質的に垂直方向に延びる浮力タンクを形成する部分的に水中にある連結脚部（２）によって、完全に水中にある中空下ベース（３）に連結されている種類の海洋産出用プラットホーム、特定的には海洋石油産出用プラットホームにおいて、前記脚部（２）は、その水中高さに沿って少なくとも二つの連続した部分（１０、１４）を有し、中実の壁を持つ第１部分（１０）は、閉鎖空間を構成し且つ浮力タンクを形成し、骨組みからなる側壁を持つ第２部分（１４）の内部空間は、周囲海洋環境に対して開放しており、第１部分（１０）及び第２部分（１４）は、通常のうねり期間の範囲に亘って、中実の壁を持つ第１部分（１０）の底部に及ぼされる上向きの力（ＦP）が、プラットホーム全体に加わる下向きの力（Ｆa）を実質的に補償するような寸法になっていることを特徴とするプラットホーム。
【請求項２】
骨組みからなる側壁を持つ第２部分（１４）は、金属製ラチス構造（１８）である、ことを特徴とする、請求項１に記載のプラットホーム。
【請求項３】
骨組みからなる側壁を持つ第２部分（１４）は、中実の壁を持つ第１部分（１０）とベース（３）との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラットホーム。
【請求項４】
中実の壁を持つ第１部分（１０）は、前記バージ（１）の真下で少なくとも部分的に延びていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載のプラットホーム。
【請求項５】
第１部分及び第２部分は、通常のうねり期間の範囲内のうねり期間の２つの値について、力（ＦP）と力（Ｆa）とが等しいような寸法になっていることを特徴とする請求項４に記載のプラットホーム。
【請求項６】
力（ＦP）と力（Ｆa）とが等しいうねり期間の最小値が４秒以上であることを特徴とする請求項５に記載のプラットホーム。
【請求項７】
第２部分（１４）の水中高さは、脚部（２）の全水中高さの四分の一乃至四分の三であることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【請求項８】
第２部分（１４）の水中高さは、脚部（２）の全水中高さの約０．４倍乃至０．６５倍であることを特徴とする請求項７に記載のプラットホーム。
【請求項９】
脚部（２）は、全体に円筒形の外形を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【請求項１０】
ベース（３）は、ベースをほぼ垂直方向に貫通した少なくとも一つの通路（２０）を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【請求項１１】
ベース（３）は、バラストを形成する流体、詳細には水で充填されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【請求項１２】
バージ（１）は、脚部（２）に沿って移動できるように取り付けられており、バージ（１）を脚部（２）に関して相対的に移動し係止するため、機構（６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【請求項１３】
骨組みからなる側壁を持つ前記第２部分（１４）は、脚部（２）の水中高さに沿って、中実の壁を持つ二つの部分間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のプラットホーム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、海面の上方に設けられた上バージを含み、この上バージが、実質的に垂直方向に延びる浮力タンクを形成する部分的に水中にある連結脚部によって、完全に水中にある中空下ベースに連結されている種類の、海洋産出用プラットホーム、特定的には海洋石油産出用プラットホームに関する。
この種のプラットホームは、半潜水式プラットホームの名称で周知である。こうしたプラットホームを産出位置で安定させるため、例えば下ベースを海水で充填することによって、下ベースを安定化させる。周知のプラットホームでは、脚部は、プラットホームの浮力タンクを形成する閉鎖空間を全高に沿って構成する中実の壁を持つ円筒形コラムによって形成されている。
これらのプラットホームは、海底に直接置かれるのでなく、係留索で固定されるに過ぎない。かくして、このようなプラットホームは海のうねりの影響を非常に受け易い。うねりは、プラットホームを垂直方向に上下動させる。これらの移動の振幅が非常に大きな値になる場合がある。この現象は、プラットホームで石油を産出することを困難にする。
この問題に対する解決策を提供しようとする試みで、ベースが大深度に静められるように脚部を延ばすことが提案された。この解決策を実行することによって得られた結果は不完全であり、このようなプラットホームは製造及び設置が困難である。更に、設置中、一時的に不安定である。
フランス特許出願第２，７１３，５８８号には、全長に亘って金属製ラチスで形成された脚部を含むジャッキアップ式プラットホームが記載されている。これらの脚部に組み込んだ浮き（float）により、プラットホームを浮遊性にすることができる。しかしながら、これらの浮きは、プラットホームの垂直方向移動を減少するようになっていない。
本発明の目的は、うねりに従って大きく移動することがなく、上バージを下ベースに連結する脚部の長さが限られた海洋石油産出用プラットホームを提供することである。
この目的のため、本発明は、上述の種類の海洋産出用プラットホーム、特定的には海洋石油産出用プラットホームにおいて、脚部が、その水中高さに沿って少なくとも二つの連続した部分を有し、中実の壁を持つ第１部分は、閉鎖空間を構成し且つ浮力タンクを形成し、骨組みからなる側壁を持つ第２部分の内部空間は、周囲海洋環境に対して開放している、ことを特徴とするプラットホームである。
特定の実施例によれば、本発明は、以下に列挙する特徴のうちの一つ又はそれ以上を備えている。即ち、
骨組みからなる側壁を持つ第２部分は、金属製ラチス構造であり、
骨組みからなる側壁を持つ第２部分は、中実の壁を持つ第１部分とベースとの間に配置されており、
中実の壁を持つ第１部分は、バージの真下で少なくとも部分的に延びており、
第１部分及び第２部分は、通常のうねり期間の範囲に亘って、中実の壁を持つ第１部分に及ぼされる圧力が、プラットホームの加速力を実質的に補償するような寸法になっており、
第１部分及び第２部分は、通常のうねり期間の範囲内のうねり期間の２つの値について、圧力と加速力とが等しいような寸法になっており、
圧力と加速力とが等しいうねり期間の最小値が４秒以上であり、
第２部分の水中高さは、脚部の全水中高さの四分の一乃至四分の三であり、
第２部分の水中高さは、脚部の全水中高さの約０．４倍乃至０．６５倍であり、
脚部は、全体に円筒形の外形を有し、
ベースは、ベースをほぼ垂直方向に貫通した少なくとも一つの通路を含み、
ベースは、バラストを形成する流体、詳細には水で充填されており、
バージは、脚部に沿って移動できるように取り付けられており、バージを脚部に関して相対的に移動し係止するため、機構が設けられ、
骨組みからなる側壁を持つ第２部分は、脚部の水中高さに沿って、中実の壁を持つ二つの部分間に配置されている。
本発明は、単なる例として与えられる以下の説明を添付図面を参照して読むことにより、更によく理解されるであろう。
第１図は、本発明による石油産出用プラットホームの概略正面図であり、
第２図は、当該技術分野の現在のプラットホームの伝達関数をうねりの期間の関数として示すグラフであり、
第３図は、当該技術分野の現在のプラットホームの及ぼされる圧力及び加速力をうねりの期間の関数として示すグラフであり、
第４図及び第５図は、本発明によるプラットホームについての第２図及び第３図と同様のグラフである。
第１図には、半潜水型ジャッキアップ式石油用プラットホームが概略に示してある。このプラットホームは、産出態様にある場合に海面の上方に延びる上バージ１を含む。このバージは脚部２で下潜水ベース３に連結されている。
上バージは、通常、制御棟及び居住区（図示せず）、並びに油井掘削装置及び油井ヘッド４を含む。
バージ１には、更に、脚部２を通すことができる通路５が形成されている。通路５の周りには、昇降機構６が配置されており、これにより脚部２及びベース３を下げることができ、バージ１を水面の上方に最も高い波が届かない高さまで持ち上げることができる。機構６は、例えば、ラックアンドピニオン機構である。ラックは、脚部２の全長に亘って延びている。これらの機構６は、脚部２とバージ１とをしっかりと連結するため、脚部２をバージ１に関して係止するための手段を更に有する。
脚部２は、例えば４本設けられており、全体に円筒形形状の外形を有する。第１図に示す実施例では、脚部の断面形状は正方形であるが、円形や三角形等の断面形状であってもよい。
脚部２は全て同じであり、水中高さに沿って二つの連続した部分を有する。第１上部分１０は、下端が底部１２で閉止された中実の壁を持つチューブによって形成されている。かくして、この第１部分は、周囲海洋環境から絶縁された閉鎖空間を構成し、プラットホーム用の浮力タンクを形成する。この第１部分の上部は、バージ１の両側で海面の上方に延びている。第１部分の下部は、バージ１の直ぐ下まで延びており、部分的に水中にある。
骨組みからなる側壁を持つ第２部分１４で第１部分を延長する。この第２部分の内側は、周囲海洋環境に対して開放している。かくして、この第２部分を第１部分１０とベース３との間に介在させる。この第２部分は、例えば、金属製ラチス構造である。この構造は、金属製のチューブでできたラチス１８によって互いに接合された四つの金属製直立部材１６を含む。
第２部分は、その上端が部分１０の下端に溶接してあり、その下端がベース３に溶接してある。
第１図に示すように、産出位置では、中実の壁を持つ第１部分１０の水中高さＺｔは、脚部２の全水中高さＺｍの約三分の一である。かくして、第２ラチス骨組み部分は完全に水中にあり、図示の実施例では、脚部２の全水中高さＺｍの約三分の二に亘って延びる。一般的には、骨組みからなる側壁を持つ第２部分の水中高さは、脚部２の全水中高さの四分の一乃至四分の三である。
実際には、計算によれば、第２部分の水中高さは、一般的には、脚部の全水中高さの約０．４倍乃至０．６５倍である。
ベース３は中空であり、正方形、矩形、又は三角形の全体形状である。ベースは海水で充填されており、及びかくしてプラットホーム全体についてのバラストを形成する。更に、ベースには、炭化水素を収容するリザーバが含まれる。更に、ベース３と直交する中央通路２０が設けられている。この通路を設けることにより、プラットホームの垂直方向移動中に水の抵抗を受ける表面を小さくする。この通路は、更に、掘削工具を通すことができる。
第１図に示す位置では、プラットホームは、中実の壁を持つ第１部分１０の水中にある部分のため、浮いている。第１部分の底部１２には、ＦPで表す圧力が加わっている。圧力ＦPは、第１部分１０の水中高さＺｔに従って変化する。
これは、第１近似に従って以下の形態で表現できる。
Ｆp＝Ａωｅβztｆ（ｔ）
ここで、Ａωは、浮力を受ける表面の面積即ち底部１２の面積であり、βはうねりの波数であり、ｆ（ｔ）は、時間の関数としての自由海面高さの上昇である。更に、Ｆaで示す加速力がプラットホーム全体に加わる。この加速力は、主に水の動きにより発生し、特に、水の動きがベース３に及ぼす作用により発生する。この加速力は、脚部２の全水中高さＺｍに従って変化する。これは、第１近似に従って以下の形態で表現できる。
Ｆa＝Ｋ1Ｂｅβzmｆ（ｔ）
ここで、Ｋ1は所与のうねり期間に対する定数であり、Ｂは水で充填されたベース３の質量と追加の質量の和である。追加の質量は、プラットホームの移動時の、プラットホームのベースを取り囲む海水の作用を考慮に入れた見かけの質量である。
プラットホームに加わる二つの力Ｆａ及びＦPは、位相が逆である。こうした状態では、部分１０の水中高さＺｔが通常のうねり期間の範囲内にあり、この第１部分に及ぼされる圧力ＦPがプラットホームの加速力Ｆａを実質的に補償するように第１部分及び第２部分の寸法を定めることができるということは理解されよう。更に、通常のうねり期間の範囲内のうねり期間の二つの値について、これらの二つの力が等しくなるように寸法決めがなされる。
この目的のため、プラットホームの寸法決めを行うときに、先ず最初に、浮いている表面、即ち脚部と水面との交差面及びベースの容積を決定する。次いで、脚部の必要な全水中高さＺｍを、安定性に基づいた従来の方法で決定する。
中実の壁を持つ第１部分の水中高さＺｔは、プラットホームに適用される力Ｆａ及びＦPについての等式を解くことによって決定される。
次いで、プラットホームの挙動についてコンピューターシミュレーションを使用し、力Ｆａ及びＦPが等しくなるうねり期間の二つの値が、通常のうねり期間の範囲内にあることを確認する。詳細には、二つの力が等しくなるうねり期間の最小値が４秒以上であることを確認する。
これ以外の場合には、値が異なる又は形状が異なるベースについて高さＺｍ及びＺｔの新たな計算を行う。これは、ベースの構造、特にベースの形状が変化すると、追加の質量が変化するためである。このように、高さＺｍ及びＺｔは、二つの力Ｆａ及びＦPが等しくなるうねり期間の値と同様に変化する。
第２図には、当該技術分野の現在のプラットホームの伝達関数が示してある。即ち、ベース３からバージ１まで延びる中実の壁を持つ単一の部分で形成された脚部を有するプラットホームの伝達関数が、秒を単位としたうねり期間Ｔの関数として示してある。上下浮動（heave）の伝達関数は、プラットホームの上下動の振幅と１ｍの振幅のうねりとの間の比である。上下浮動は、うねりの作用によるプラットホームの垂直方向上下動を表す大きさである。
プラットホームの上下浮動は１８秒乃至２８秒の期間の範囲に亘って大きいということがこの曲線からわかる。期間のこの範囲は、一般に遭遇するうねり期間の高い値と対応する。更に、上下浮動は、２４秒に近いうねり期間について極めて大きい。
第３図には、当該技術分野の現在のプラットホームについて、圧力ＦPの変化及び加速力Ｆａの変化が、秒を単位としたうねり期間Ｔの関数として示してある。これらの曲線から、力Ｆａ及びＦPの振幅が、２８秒以下の所与の期間に亘って非常に大きいということが観察される。更に、力Ｆａ及びＦPの値の間の相違が非常に大きい。かくして、プラットホームには主に加速力Ｆａが加わり、その結果、第２図の曲線に示す大きな上下浮動がもたらされる。３１秒とほぼ等しい期間については、力Ｆａ及びＦPの値が実質的に等しく、これは、この図において、上下浮動が実質的に存在しないということと対応する。
第１図に示す本発明によるプラットホームについて、伝達関数を第４図に示し、力Ｆａ及びＦPを第５図に示す。
脚部を、中実の壁を持つ部分及び骨組みからなる側壁を持つ部分の二つの連続した部分からなるものとして設計することにより、力Ｆａ及びＦPの値を通常のうねりに相当する０秒乃至２４秒の広範なうねり期間に亘って互いに非常に接近させることができるということが第５図から観察される。更に、力Ｆａ及びＦPを表す曲線は、値のこの範囲内で２か所で交差する。これは、実際には、これらの力の位相が逆になり、プラットホームに結果的に加えられる励振力を相殺することになるということを意味する。
加速力Ｆａ及び圧力ＦPが、通常のうねりと対応する期間のほぼ全範囲に亘って、互いに補償し、プラットホームの上下浮動が非常に小さいということが第４図から観察される。詳細には、この範囲内での最大上下浮動は、当該技術分野の現在のプラットホームについて得られた最大上下浮動のほぼ１／６に相当する。
更に、この図では、曲線は、二つの異なる期間Ｔ（１５．５秒及び２３．５秒）で消失する。周知のプラットホームの場合のように消失値が１つではない。これらの二つの消失値は、加速力Ｆａを表す曲線及び圧力ＦPを表す曲線が２か所で交差することによる。
図示の曲線は、中実の壁を持つ第１部分１０の水中高さＺｔが５０ｍに等しく、脚部の全水中深さＺｍが１４０ｍに等しいプラットホームについて得られたものである。ベースの容積は３３，０００m3に等しく、浮力を受ける表面の表面積（底部２の面積の和）は８４１m2に等しい。プラットホームの追加の質量は１９４，７５０ｔに等しい。
変形例（図示せず）として、ラチス構造部分１４の下端とベース３との間に、プラットホーム用の追加の浮力タンク又は貯蔵タンクを形成する中実の壁を持つ部分を介在させることも可能である。こうした状態では、ラチス構造部分１４は、中実の壁を持つ二つの部分の間に脚部の水中高さに沿って配置される。
更に、プラットホームの脚部の製造にあたり、幾つかの部分が中実の壁を有し、その他の部分が骨組みからなる側壁を有する連続した部分からなる任意の他の構成が可能である。
この種のプラットホームに関し、脚部の長さは、産出場所の深さで決まるということに着目されたい。
更に、プラットホームの安定性を向上させることにより、油井ヘッドをバージ上に設置できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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