ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА
FLOATING DRILLING RIG

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по параллельной, переведенной в национальную фазу заявке PCT/US2015/057397, поданной 26 октября 2015, в которой испрашивается приоритет по заявке на патент США № 14/524,992, поданной 27 октября 2014 под названием "Плавучая конструкция", которая является частичным продолжением заявки на патент США № 14/105,321, поданной 13 декабря 2013, под названием "Плавучая конструкция", по которой выдан патент США № 8,869,727 28 октября 2014, которая является частичным продолжением заявки на патент США № 13/369,600, поданной 09 февраля 2012 под названием "Стабильный морской плавучий склад", по которой выдан патент США №8,662,000 4 марта 2014, которая является частичным продолжением заявки на патент США № 12/914,709, поданной 28 октября 2010, по которой выдан патент США № 8,251,003 28 августа 2012, в которой испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/259,201, поданной 08 ноября 2009, и предварительной заявке на патент США № 61/259,533, поданной 18 ноября 2009, и испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/521,701, поданной 09 августа 2011, срок действия обеих истек. Эти ссылки во всей их полноте включены в настоящее описание.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение по существу относится к плавучей буровой установке и, в частности, к конструкциям корпуса и системам выгрузки для судна для бурения, добычи, хранения и отгрузки продукции.
Уровень техники
[0003] Патент США № 6,761,508 на имя Haun, включенный в настоящее описание путем отсылки (далее - патент '508), относится к настоящему изобретению и содержит следующую справочную информацию, относящуюся к разработке морских энергетических систем, таких как системы глубоководной добычи нефти и/или газа. Между подводными скважинами и центральной платформой часто необходимо прокладывать длинные коллекторы, силовые кабели и управляющие кабель-тросы. Большая длина приводит к энергетическим потерям, перепаду давления и к трудностям при добыче. Стоимость структур для работы на глубокой воде высока и часто возрастает из-за того, что из изготавливают за рубежом. Другие трудности, связанные с морскими операциями на глубокой воде возникают из-за того, что плавающая структура движется, что влияет на персонал и эффективность, особенно, когда такое движение связано с динамикой жидкости в резервуарах. Основные проблемы, связанные с движением, при морских нефтехимических операциях возникают на судах с большим горизонтальным размером, в которых уровень жидкости колеблется, что приводит к ошибочным сигналам на устройствах измерения уровня жидкости, что приводит к остановкам обработки и к общей неэффективности работы.
[0004] Главными элементами, которые можно менять для улучшения характеристик движения стоящего на якоре судна являются осадка, площадь поверхности воды и скорость изменения осадки, положение центра тяжести (ЦТ), метацентрическая высота относительно которой происходят движения боковой и килевой качки судна с небольшой амплитудой, фронтальная площадь и форма, на которую воздействуют ветры, течение и волны, системная реакция труб и кабелей, контактирующих с дном и действующих как причальные элементы, и гидродинамические параметры добавленной массы и демпфирование.
[0005] Последняя величина определяется сложными уравнениями потенциального потока, интегрированными по детальным признакам судна на плаву и его выступающих частей, которые одновременно решаются для определения прочностей потенциального источника.
[0006] Следует отметить, что добавление признаков, которые позволяют "настраивать" добавленную массу и/или демпфирование для определенных условий, требует, чтобы несколько признаков можно было изменять в комбинации или, более предпочтительно, независимо, чтобы получить нужные свойства. Оптимизация существенно упрощается, если судно обладает вертикальной осевой симметрией, что уменьшает шесть степеней свободы движения до четырех (т.е., бортовая - килевая - маятниковая качка, поперечные колебания - продольно-горизонтальная качка - поперечное движение и вертикальное движение)
[0007] Становится еще проще, если признаки гидродинамической конструкции можно разъединять, чтобы линеаризовать процесс и облегчить поиск идеального решения.
[0008] В патенте '508 предлагается морская плавучая установка с улучшенными гидродинамическими характеристиками и способностью к постановке на якоря на увеличенных глубинах, тем самым образуя платформу-спутник на глубокой воде, позволяя укоротить коллекторы, кабели и трос-кабели от подводного устьевого оборудования до оборудования платформы. Конструкция содержит выдвижной центральный узел, который содержит признаки, улучшающие гидродинамику, и позволяет интегрально использовать вертикальные сепараторы в таком количестве и такого размера, чтобы создать возможность индивидуального постоянного мониторинга за потоком от скважины и увеличить период удержания.
[0009] Главным признаком судна, описанного в патенте '508, является центральный выдвижной узел в корпусе, который можно поднимать и опускать на месте для обеспечения прохода в мелких местах. Выдвижной центральный узел является средством демпфирования килевой качки, большим волюметрическим пространством для содержания, при необходимости, емкостей для балласта, хранения, вертикального давления или для центрально расположенной шахты для подъема и спуска ныряющего или дистанционно управляемого аппарата для видеосъемки без необходимости в дополнительных вспомогательных судах.
[0010] Улучшения гидродинамического движения судна, описанного в патенте '508, обеспечиваются: базовой конфигурацией корпуса, удлиненной юбкой и радиальными стабилизаторами на основании корпуса, (опускаемым на месте) центральным узлом, удлиняющим выдвижную центральную секцию установленными на основании и в середине гидродинамическими юбками и стабилизаторами, массой сепараторов под палубой корпуса, которая понижает центр тяжести; и креплением цепей, райзеров, кабелей, трос-кабелей и якорных линий рядом с центром тяжести на основании корпуса. Эти признаки улучшают стабильность судна и дают увеличенную добавленную массу и улучшают демпфирование, что улучшает общую реакцию системы под нагрузкой со стороны окружающей среды.
[0011] Вид сверху корпуса судна, описанного в патенте '508, показывает шестиугольную форму. Патентная публикация США № 2009/0126616, в которой в качестве изобретателя указан Сринивасан (Srinivasan), показывает плавучую буровую установку, имеющую на виде сверху восьмиугольный корпус.
[0012] Плавучая буровая установка Сринивасана согласно формуле изобретения отличается тем, что имеет многоугольную внешнюю боковую стенку с острыми углами для ломания льдин, сопротивлению и дроблению льда и отводу давящих торосов от судна.
[0013] Патент США № 6,945,836, выданный Smedal et al. и включенный в настоящее описание путем отсылки, (далее - патент '736) относится к буровой и добывающей платформе, состоящей из полупогруженного корпуса платформы, имеющего форму цилиндра с плоским дном и круглым сечением.
[0014] Судно в патенте '736 имеет периферийный круглый вырез или углубление в нижней части цилиндра, и в патенте указано что конструкция обеспечивает уменьшение килевой и бортовой качки. Поскольку плавучая буровая установка может быть соединена с эксплуатационными райзерами и, по существу, должна быть стабильна даже в штормовых условиях, остается потребность в улучшении конструкции корпуса.
[0015] Далее, существует потребность в выгрузке продукта с плавучей буровой установки на судно или танкер, который транспортирует продукт от плавучей буровой установки к наземному объекту.
[0016] В качестве системы выгрузки рядом с плавучей буровой установкой обычно ставят на якорь причальный буй якорного типа (CALM). В патенте США № 5,065,687, выданном Hampton, приводится пример буя в системе выгрузки, в котором буй крепится якорем к морскому дну так, чтобы обеспечить минимальное расстояние до соседней плавучей буровой установки.
[0017] В этом примере буй крепится к плавучей буровой установке парой тросов, и с плавучей буровой установки к бую идет выгружающий шланг. Танкер временно швартуется к бую, и шланг проходит от танкера к бую для приема продукта с плавучей буровой установки по шлангам, соединенным через буй. Если во время выгрузки возникают неблагоприятные погодные условия, такие как шторм с существенной скоростью ветра, могут возникнуть проблемы, вызванные движениями танкера под действие ветра и течения. Поэтому, также имеется потребность в улучшении системы выгрузки, типично используемой для перемещения продукта, хранящегося на плавучей буровой установке на танкер.
Раскрытие изобретения
[0018] Согласно различным вариантам предлагается плавучая буровая установка содержащая (a) круглый или многоугольный на виде сверху корпус, содержащий (i) нижнюю поверхность, (ii) верхнюю поверхность палубы, и (iii) по меньшей мере две соединенные секции, расположенные между нижней поверхностью и верхней поверхностью палубы, соединенные последовательно и симметрично вокруг вертикальной оси так, что одна из соединенных секций проходит вертикально вниз от верхней поверхности палубы к нижней поверхности, и эти по меньшей мере две соединенные секции содержат по меньшей мере две из (1) верхней части, на виде сбоку или в сечении, имеющую наклонную часть, продолжающуюся от верхней поверхности палубы; (2) цилиндрической части суженной секции, на виде сбоку, и (3) нижней конической секции, на виде сбоку, с наклонной стороной, продолжающейся от цилиндрической суженной секции; и (b) по меньшей мере один выступающий стабилизатор, верхняя поверхность которого наклонена к нижней поверхности, и прикрепленное к корпусу и продолжающееся от него, при этом по меньшей мере выступающий стабилизатор выполнен с возможностью корректировать гидродинамическое поведение через линейное и квадратичное демпфирование, и в котором корпус создает добавленную массу с улучшенными гидродинамическими характеристиками благодаря линейному и квадратичному демпфированию на корпусе, и в котором плавучая буровая установка на требует выдвижной центральной колоны для управления бортовой, килевой и вертикальной качкой.
Краткое описание чертежей
[0019] Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
[0020] Фиг. 1 - вид сверху плавучей буровой установки по настоящему изобретению и танкера, пришвартованного к плавучей буровой установке.
[0021] Фиг. 2 - вид сбоку плавучей буровой установки по фиг. 1.
[0022] Фиг. 3 - более подробный вид сбоку в увеличенном масштабе плавучей буровой установки по фиг. 2.
[0023] Фиг. 4 - более подробный вид сверху в увеличенном масштабе плавучей буровой установки по фиг. 1.
[0024] Фиг. 5 - вид сбоку альтернативного варианта корпуса плавучей буровой установки по настоящему изобретению.
[0025] Фиг. 6 - вид сбоку альтернативного варианта корпуса плавучей буровой установки по настоящему изобретению.
[0026] Фиг. 7 - вид сбоку альтернативного варианта плавучей буровой установки по настоящему изобретению, показывающий центральную колонну, вставленную в отверстие в корпусе плавучей буровой установки.
[0027] Фиг. 8 - сечение центральной колонны по фиг. 7 по линии 8-8.
[0028] Фиг. 9 - вид сбоку плавучей буровой установки по фин. 7, показывающий альтернативный вариант центральной колонны по настоящему изобретению.
[0029] Фиг. 10 - сечение центральной колонны по фиг. 9 по линии 10-10.
[0030] Фиг. 11 - альтернативный вариант центральной колонны и коллектора массы в сечении по линии 10-10 на фиг. 9 по настоящему изобретению.
[0031] Фиг. 12 - вид сверху подвижного соединения со швартовочным тросом по настоящему изобретению.
[0032] Фиг. 13 - вид сбоку подвижного соединения со швартовочным тросом по фиг. 12 в частичном сечении по линии 13-13.
[0033] Фиг. 14. - вид сбоку подвижного соединения со швартовочным тросом по фиг. 13 в частичном сечении по линии 14-14.
[0034] Фиг. 15 - вид сбоку судна по настоящему изобретению.
[0035] Фиг. 16 - сечение судна по фиг. 15 по линии 16-16.
[0036] Фиг. 17 - вид сбоку судна по фиг. 15 в сечении.
[0037] Фиг. 18 - сечение судна по фиг. 17 по линии 18-18 на фиг. 17.
[0038] Фиг. 19 - общий вид плавучей конструкции.
[0039] Фиг. 20 - чертеж вертикального профиля плавучей конструкции.
[0040] Фиг. 21 - общий вид в увеличенном масштабе плавучей конструкции при рабочей осадке.
[0041] Фиг. 22 - общий вид в увеличенном масштабе одного из динамических подвижных ослабляющих механизмов.
[0042] Фиг. 23 - вид сверху Y-образного туннеля в корпусе плавучей конструкции.
[0043] Фиг. 24 - вид сбоку плавучей конструкции с цилиндрической суженной секцией.
[0044] Фиг. 25 - детальный вид плавучей конструкции с цилиндрической суженной секцией.
[0045] Фиг. 26 - вид с вырезом плавучей конструкции с цилиндрической суженной секцией в транспортной конфигурации.
[0046] Далее следует подробное описание вариантов изобретения со ссылками на чертежи.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[0047] Прежде чем приступать к подробному описанию предлагаемого устройства, следует понимать, что это устройство не ограничено конкретными вариантами и сто оно может быть создано или реализовано разными способами.
[0048] Описанные конкретные структурные и функциональные детали не должны толковаться как ограничивающие; они являются лишь основой для формулы изобретения и репрезентативной основой для обучения специалистов различным вариантам использования настоящего изобретения.
[0049] Согласно настоящему изобретению, предлагается плавучая буровая установка с несколькими альтернативными конструкциями корпуса, несколькими альтернативными конструкциями центральной колонны и подвижной системой швартования для выгрузки, которая позволяет танкеру флюгировать по широкой дуге относительно плавучей буровой установки.
[0050] Плавучая буровая установка имеет корпус, который на виде сверху является круглым или многоугольным. Корпус имеет нижнюю поверхность, верхнюю поверхность палубы и по меньшей мере две соединенные секции, находящиеся в зацеплении с нижней поверхностью и верхней поверхностью палубы.
[0051] Соединенные секции соединены последовательно и расположены симметрично вокруг вертикальной оси так, что одна из соединенных секций проходит вниз от верхней поверхности палубы к нижней поверхности.
[0052] Соединенные секции содержат по меньшей мере два из следующих элементов: верхняя часть на виде сверху с наклонной боковой стенкой, продолжающейся от верхней секции палубы, суженная секция на виде сверху, и нижняя коническая секция на виде сверху с наклонной боковой стенкой, продолжающаяся от цилиндрической суженной секции.
[0053] В разных вариантах плавучая буровая установка может содержать множество наклонных соединенных боковых стенок, образующих нижнюю коническую секцию, при этом каждая наклонная соединенная сторона содержит по меньшей мере один из следующих признаков: идентичные углы для каждой наклонной стороны и разные углы для каждой наклонной стороны. Например, плавучая буровая установка может содержать наклонный удлинительный сегмент между множеством наклонных соединенных сторон. Наклонный удлиняющий сегмент может содержать множество сегментов, которые могут иметь множество наклонных конфигураций, не ограничивая общую структуру.
[0054] Плавучая буровая установка также имеет по меньшей мере один выступающий стабилизатор, верхняя поверхность которого скошена к нижней поверхности, при этом стабилизатор закреплен на корпусе и продолжается от него.
[0055] Стабилизатор сконфигурирован для коррекции гидродинамических характеристик через линейное и квадратичное демпфирование.
[0056] Корпус плавучей буровой установки создает добавленную массу с улучшенными гидродинамическими характеристиками через линейное и квадратичное демпфирование.
[0057] И линейное демпфирование, и квадратичное демпфирование являются эмпирическими подходами для количественного определения гидродинамического поведения плавучего тела в несжимаемой гомогенной ньютоновской текучей среде. В контексте различных вариантов, и стабилизатор, и корпус плавучей буровой установки сконфигурированы так, чтобы корректировать гидродинамическое поведение через линейное и квадратичное демпфирование, что влечет числовую оценку и эксперименты путем применения числовых методов (линейных и нелинейных) для точной оценки вязкостного демпфирования.
[0058] Эти характеристики устраняют необходимость в наличии на плавучей буровой установке выдвижной колонны для управления килевой, бортовой и вертикальной качкой. Другими словами, плавучая буровая установка по разным вариантам настоящего изобретения может преимущественно не иметь выдвижной центральной колонны для управления килевой, бортовой и вертикальной качкой.
[0059] Переходя к чертежам, на фиг. 1 показан вид сверху, а на фиг. 2 - вид сбоку плавучей буровой установки по настоящему изобретению. Плавучая буровая установка 10 имеет корпус 12 и на корпусе 12 может быть установлена центральная колонна 14, продолжающаяся вниз.
[0060] Плавучая буровая установка 10 плавает в воде W и может применяться для добычи, хранения и/или выгрузки ресурсов, извлеченных из земли, таких как углеводороды, включая сырую нефть и природный газ и минералы, которые могут извлекаться методом скважинного подземного выщелачивания. Плавучая буровая установка 10 может собираться на берегу известными способами, аналогичными строительству судов, и буксироваться в морской участок, типично над нефтяным и/или газовым месторождением, находящимся в земле под этим морским участком.
[0061] Якорные канаты 16a-16d, которые прикреплены к якорям в морском дне (не показаны) швартуют плавучую буровую установку в нужном положении. Якорные канаты в целом будут именоваться якорными канатами 16, и описанные здесь элементы, подобные друг другу, будут обозначаться одной ссылочной цифровой позицией и различаться друг от друга буквенным суффиксом.
[0062] В типичном варианте применения плавучей буровой установки 10 из земли под плавучей буровой установкой 10 добывают сырую нефть, транспортируют ее и временно хранят в корпусе 12 и выгружают на танкер Т для транспортировки на наземные объекты.
[0063] Танкер Т временно пришвартован к плавучей буровой установке 10 на время операции выгрузки, швартовым тросом 18. Между корпусом 12 и танкером Т проходит шланг 20 для перекачки сырой нефти и/или другой текучей среды из плавучей буровой установки 10 на танкер Т.
[0064] На фиг. 3 приведен вид сбоку плавучей буровой установки 10.
[0065] На фиг. 4 приведен вид сверху плавучей буровой установки 10 и каждый из этих видов имеет увеличенный масштаб и показывает больше деталей, чем соответствующие фиг. 2 и 1, соответственно.
[0066] Корпус 12 плавучей буровой установки 10 имеет круглую поверхность 12a верхней палубы, верхний цилиндрический участок 12b, продолжающийся вниз от поверхности 12a верхней палубы, верхнюю коническую секцию 12c, продолжающуюся вниз от верхнего цилиндрического участка 12b и сужающийся внутрь, цилиндрическую суженную секцию 12d, продолжающуюся вниз от верхней конической секции 12c, нижнюю коническую секцию 12e, продолжающуюся вниз от суженной секции 12 и расширяющуюся наружу, и нижнюю цилиндрическую секцию 12f, продолжающуюся вниз от нижней конической секции 12e. Нижняя коническая секция 12e описывается здесь как имеющая форму перевернутого конуса или имеющая перевернутую коническую форму, в отличие от верхней конической секции 12c, которая описывается здесь как имеющая регулярную коническую форму. Плавучая буровая установка 10 предпочтительно плавает так, чтобы поверхность воды пересекала регулярную верхнюю коническую секцию 12c, что в настоящем описании именуется как ватерлиния, находящаяся на регулярной конической форме.
[0067] Плавучая буровая установка 10 предпочтительно загружается и/или балластируется для удержания ватерлинии на нижней части регулярной верхней конической секции 12c.
[0068] Когда плавучая буровая установка 10 установлена и плавает правильно, сечение корпуса 12 в любой горизонтальной плоскости предпочтительно имеет круглую форму.
[0069] Корпус 12 может иметь такую конструкцию и размеры, чтобы соответствовать конкретным эксплуатационным требованиям и в Морском исследовательском институте (МАРИН) Нидерландов (Maritime Research Institute (Marin), the Netherlands) можно запросить услуги по оптимизации конструктивных параметров для удовлетворения требований к конструкции для конкретного варианта применения.
[0070] В этом варианте верхняя цилиндрическая секция 12b имеет приблизительно такую же высоту, что и суженная секция 12d, тогда как высота нижней цилиндрической секции 12f в 3 или 4 раза больше высоты верхней цилиндрической секции 12b. Нижняя цилиндрическая секция 12f имеет больший диаметр, чем верхняя цилиндрическая секция 12. Верхняя коническая секция 12c имеет большую высоту, чем нижняя коническая секция 12e.
[0071] На фиг. 5 и 6 приведены виды сбоку, показывающие альтернативные конструкции корпуса. На фиг. 5 показан корпус 12h, имеющий круглую поверхность верхней палубы 12i, которая по существу идентична поверхности 12a верхней палубы в верхней части верхней конической секции 12j, которая сужается внутрь по мере уменьшения высоты.
[0072] Цилиндрическая суженная секция 12k прикреплена к нижнему концу верхней конической секции 12j и продолжается вниз от верхней конической секции 12j. Нижняя коническая секция 12m прикреплена к нижнему концу суженной секции 12k и продолжается вниз от суженной секции 12k, расширяясь наружу.
[0073] Нижняя цилиндрическая секция 12n прикреплена к нижнему концу нижней конической секции 12m и продолжается вниз от нижней конической секции 12m.
[0074] Существенная разница между корпусом 12h и корпусом 12 заключается в том, что корпус 12h не имеет верхней цилиндрической части, соответствующей верхней цилиндрической части 12b в корпусе 12. В остальном, верхняя коническая секция 12j соответствует верхней конической секции 12c, суженная секция 12k соответствует суженной секции 12d, нижняя коническая секция 12m соответствует нижней конической секции 12c, и нижняя цилиндрическая секция 12n соответствует нижней цилиндрической секции 12f.
[0075] И нижняя цилиндрическая секция 12n, и нижняя цилиндрическая секция 12f имеет круглую нижнюю палубу (не показана), подобную круглой верхней палубе 12a, за исключением центральной части 14, которая продолжается вниз от круглой нижней палубы.
[0076] На фиг. 6 представлен вид сбоку корпуса 12p, который имеет верхнюю палубу 12q, которая выглядит как верхняя палуба 12a. Верхняя цилиндрическая секция 12r продолжается вниз от верхней палубы 12q и соответствует верхней цилиндрической секции 12b.
[0077] Верхняя коническая секция 12s прикреплена к верхней цилиндрической секции 12r и продолжается вниз, сужаясь внутрь. Верхняя коническая секция 12s соответствует верхней конической секции 12c на фиг. 1.
[0078] Корпус 12p на фиг. 6 не имеет суженной секции, которая соответствует цилиндрической суженной секции 12d на фиг. 3. Вместо этого, верхний конец нижней конической секции 12t соединен с нижним концом верхней конической секции 12s, и нижняя коническая секция продолжается вниз расширяясь наружу.
[0079] Нижняя коническая секция 12t на фиг. 6 соответствует нижней конической секции 12e на фиг. 3. Нижняя цилиндрическая секция 12u прикреплена верхним концом, например, сваркой, к нижнему концу нижней конической секции 12t и продолжается вниз, по существу соответствуя по размеру и конфигурации нижней цилиндрической секции 12f на фиг. 4.
[0080] Нижняя плита 12v (не показана) охватывает нижний конец нижней цилиндрической секции 12u, и нижний конец корпуса 12 на фиг. 3 и корпуса 12h на фиг. 5 также охвачены нижней плитой, и каждая из нижних плит могут быть адаптированы для приема центральной колонны, соответствующей центральной колонне 14 на фиг. 3.
[0081] На фиг. 7-11 показаны альтернативные варианты центральной колонны.
[0082] На фиг. 7 представлен вид сбоку плавучей буровой установки 10 с частичным вырезом, показывающим центральную колонну 14 по настоящему изобретению. Плавучая буровая установка 10 имеет поверхность верхней палубы, в которой имеется отверстие 120b, через которое может проходить центральна колонна 14. В этом варианте центральную колонну можно втягивать и верхний конец центральной колонны 14 можно поднимать выше поверхности верхней палубы.
[0083] Если центральная колонна 14 полностью втянута, плавучую буровую установку 10 можно перемещать по более мелким водам, чем если бы центральна колонна 14 была полностью выдвинута.
[0084] В патенте США № 6,761,508 на имя Haun приводятся другие детали, относящиеся к этому и другим аспектам настоящего изобретения, и этот патент полностью включен в настоящее описание путем отсылки.
[0085] На фиг. 7 показана частично втянутая центральна колонна 14, и центральную колонну 14 можно выдвинуть до глубины, на которой ее верхний конец будет расположен в нижней цилиндрической части 20c плавучей буровой установки 10.
[0086] На фиг. 8 приведено сечение центральной колонны 14 по линии 8-8 на фиг. 7, и на фиг. 8 приведен вид сверху коллектора 24 массы, расположенного на нижнем конце центральной колонны 14. Коллектор 24 массы, показанный в этом варианте имеющим шестиугольную форму на виде сверху, подвешивается в воде для стабилизации плавучей буровой установки 10, когда она плавает в воде и на нее действуют ветер, волны, течения и другие силы. Центральная колонна 14 показана на фиг. 8 как имеющая шестиугольное сечение, но форма сечения выбирается конструктором.
[0087] На фиг. 9 приведен вид сбоку плавучей буровой установки 10 по фиг. 7 с частичным вырезом, показывающим центральную колонну 14 по настоящему изобретению. Эта центральна колонна 14 короче центральной колонны 17 на фиг. 7.
[0088] Верхний конец центральной колонны 14 можно перемещать вверх в отверстии 120b в плавучей буровой установке 10, и с такой центральной колонной 14 плавучую буровую установку 10 можно эксплуатировать, когда центральная колонна 14 выступает ниже дна плавучей буровой установки на пару метров или на несколько метров.
[0089] Коллектор 24 массы, который может быть заполнен водой для стабилизации плавучей буровой установки 10, закреплен на нижнем конце центральной колонны 14.
[0090] На фиг. 10 приведено сечение центральной колонны 14 по линии 10-10 на фиг. 9. В этом варианте центральная колонна 14 имеет квадратное сечение, а коллектор 24 массы имеет восьмиугольную форму на виде сверху.
[0091] Альтернативный вариант центральной колонны 14 и коллектора 24 массы в сечении по линии 10-10, показан на фиг. 11. В этом варианте центральная колонна 14 имеет треугольное поперечное сечение, а коллектор 24 массы имеет круглое поперечное сечение.
[0092] Возвращаясь к фиг. 3, корпус 12 плавучей буровой установки имеет полость или углубление 12x, показанную пунктирными линиями, находящуюся в центральном отверстии нижней цилиндрической секции 12f корпуса 12 плавучей буровой установки.
[0093] Верхний конец центральной колонны 14 выступает на полную глубину углубления 12x. В варианте, показанном на фиг. 3, центральная колонна 14 эффективно свисает со дна нижней цилиндрической секции 12f, по существу как столб, зарытый в яму, но так, что центральная колонна 14 проходит вниз в воду, по которой плавает корпус плавучей буровой установки.
[0094] Коллектор 24 массы для хранения воды для стабилизации корпуса прикреплен к нижнему концу центральной колонны 14. Были описаны разные варианты центральной колонны, однако центральная колонна является необязательной и может быть полностью устранена или заменена другой структурой, которая выступает со дна плавучей буровой установки 10 и помогает стабилизировать судно.
[0095] Одним вариантом применения плавучей буровой установки 10, показанной на фиг. 3, является добыча и хранение углеводородов, таких как сырая нефть и природный газ, а также сопутствующих текучих сред, минералов и других ресурсов, которые можно извлекать из-под земли или из воды.
[0096] Как показано на фиг. 3, эксплуатационные райзеры Р1, Р2 и Р3 - это трубы, по которым может течь, например, сырая нефть из подземных пластов в плавучую буровую установку 10, которая имеет существенную емкость хранилища в резервуарах внутри корпуса. На фиг. 3 эксплуатационные райзеры Р1, Р2 и Р3 показаны расположенными снаружи корпуса, и флюид течет в корпус 12 через отверстия в поверхности 12a верхней палубы.
[0097] Существует альтернативная конструкция в плавучей буровой установке 10, показанная на фиг. 7 и 9, где можно расположить эксплуатационные райзеры в отверстиях 120a и 120b, которые создают открытый сквозной канал от дна плавучей буровой установки 10 до вершины плавучей буровой установки 10. На фиг. 7 и 9 эксплуатационные райзеры не показаны, но они могут находиться на внешней поверхности корпуса или внутри отверстий 120b. Верхний конец эксплуатационного райзера может заканчиваться в нужном резервуаре внутри корпуса.
[0098] Плавучая буровая установка 10 по фиг. 7 и 9 может применяться для бурения скважин для разведки или добычи ресурсов, в частности, углеводородов, таких как сырая нефть и природный газ, что делает судно плавучей буровой установкой.
[0099] Для такого применения коллектор 24 массы будет иметь центральное отверстие от верхней поверхности до нижней поверхности 11, через которое может проходить колонна бурильных труб, что является конструктивным решением, которое может использоваться для размещения эксплуатационных райзеров в отверстии 120b в плавучей буровой установке 10.
[0100] На верхней палубе плавучей буровой установки имеется буровая вышка (не показана) для манипулирования, спуска, вращения и подъема бурильных труб и собранной колонны бурильных труб, которая проходит вниз от буровой вышки, через отверстие 120b в плавучей буровой установке 10, через внутреннюю часть центральной колонны 14, через центральное отверстие (не показано) в коллекторе 24 массы, через воду и в морское дно.
[0101] После успешного завершения бурения, можно установит эксплуатационные райзеры и ресурс, например, сырую нефть и/или природный газ принимать и хранить в резервуарах, расположенных в плавучей буровой установке.
[0102] В опубликованной заявке на патент США № 2009/0126616, в которой единственным изобретателем указан Srinivasan, описана конструкция резервуаров в корпусе плавучей буровой установки для хранения нефти и водяного балласта, и эта заявка включена в настоящее описание путем отсылки. В одном варианте настоящего изобретения можно использовать и тяжелый балласт, такой как буровой раствор и бурый железняк, предпочтительно во внешних балластных резервуарах.
[0103] Предпочтителен буровой раствор, состоящий из 1 части бурого железняка и 3 частей воды, но можно использовать и постоянный балласт, такой, как бетон. Можно использовать бетон с тяжелыми заполнителями, такими как бурый железняк, барит, лимонит, магнитный железняк, стальные обрезки и дробь, однако предпочтительно применяется материал высокой плотности в форме пульпы. Таким образом, были описаны аспекты настоящего изобретения, относящиеся к бурению, добыче и хранению на плавучей буровой установке, а также к выгрузке судна, что оставляет функцию выгрузки с плавучей буровой установки.
[0104] Переходя к функции выгрузки плавучей буровой установки по настоящему изобретению, на фиг. 1 и 2 показан транспортный танкер Т, пришвартованный к плавучей буровой установке 10 швартовым тросом 18, который является тросом или канатом, и от плавучей буровой установки 10 к танкеру Т протянут шланг 20.
[0105] Плавучая буровая установка 10 поставлена на якоря на морском дне через якорные тросы 16a, 16b, 16c и 16d, а положение и ориентация танкера Т определяется направлением и силой ветра, воздействием волн, а также силой и направлением течения. Следовательно, танкер Т флюгирует относительно плавучей буровой установки 10, поскольку его носовая часть пришвартована к плавучей буровой установке 10, а корма движется в соответствии с балансом сил. Когда силы ветра, волн и течения меняются, танкер Т может перемещаться в положение, показанное штриховой линией А или в положение, показанное штриховой линией B. Для удержания танкера Т на минимальном безопасном расстоянии от плавучей буровой установки 10, чтобы швартовочный трос 18 оставался натянутым, в случае изменения совокупных сил, заставляющих танкер Т двигаться к плавучей установке, а не от нее, можно использовать буксиры или временную якорную систему.
[0106] Если силы ветра, волн, течения (и любые другие) остаются штилевыми и постоянными, танкер Т переместится в положение, в котором все действующие на него силы будут сбалансированы и танкер Т будет оставаться в этом положении. Однако, в природных условиях так обычно не бывает. В частности, направление, скорость и сила ветра время от времени меняются, а любое изменение сил, действующих на танкер Т, заставляет танкер Т перемещаться в другое положение, в котором различные силы вновь будут сбалансированы. Следовательно, танкер Т сдвигается относительно плавучей буровой установки 10, когда силы, действующие на танкер Т, меняются, такие как силы ветра, волн и течения.
[0107] Фиг. 12-14 в сочетании с фиг 1 и 2 иллюстрируют подвижное соединение 40 со швартовочным тросом на плавучей буровой установке 10 по настоящему изобретению, которое помогает приспосабливать движения транспортного танкера относительно плавучей буровой установки 10.
[0108] На фиг. 12 приведен вид сверху подвижного соединения 40 швартовочного троса в частичном сечении.
[0109] Как показано на фиг. 12-14, подвижное соединение 40 швартовочного троса содержит в одном варианте почти полностью закрытый трубчатый канал 42, имеющий прямоугольное сечение и продольную прорезь в боковой стенке корпуса 12b; набор стоек, включая стойки 44a и 44b, которые соединяют трубчатый канал 42 горизонтально с внешней верхней стенкой 12w корпуса 12 на фиг. 1-4; тележку 46, вставленную с возможностью перемещения в трубчатый канал 42; скобу 48 тележки, прикрепленную к тележке 48 и создающую точку соединения; и пластину 50, шарнирно прикрепленную к скобе 48 тележки через скобу 52 пластины. Пластина 50 имеет по существу треугольную форму и к вершине треугольника прикреплена скоба 52 пластины с помощью пальца 54, проходящего через отверстие скобе 52 пластины. Пластина 50 имеет отверстие 50a, расположенное рядом с другой вершиной треугольника и отверстие 50b, рядом с последней вершиной треугольника.
[0110] На фиг. 12-14 показан швартовочный трос 18, заканчивающийся двумя соединительными точками 51a и 51b, которые соединены с пластиной 50, проходя через отверстия 50a и 50b, соответственно. Альтернативно, концы 51b и 51c, пластина 50 и/или скоба 52 могут отсутствовать, и швартовочный трос 18 может быть соединен непосредственно со скобой 48, и имеются другие варианты соединения швартовочного троса 18 с тележкой 46.
[0111] На фиг. 13 приведен вид сбоку подвижного соединения 40 со швартовочным тросом, частично в сечении по линии 13-13 на фиг. 12.
[0112] Вид сбоку трубчатого канала 42 приведен в сечении. Стенка трубчатого канала может иметь относительно длинную прорезь, и вертикальную стенку, и внешнюю поверхность противоположной внутренней стенки, равную по высоте.
[0113] Стойки 44a, 44b прикреплены, например, сваркой, к внешней поверхности внутренней стенки 45c. Пара противоположных, относительно коротких горизонтальных стенок 45d и 45e проходит между вертикальными стенками 45b и 45a чтобы полностью закрыть трубчатый канал 42, за исключением того, что в вертикальной стенке имеется горизонтальная продольная прорезь, которая проходит почти по всей длине трубчатого канала 42.
[0114] На фиг. 12-14 приведен вид сбоку с трубчатым каналом 42 в частичном сечении, чтобы показать вид сбоку тележки 46. Тележка 46 содержит пластину 46e основания, которая имеет четыре прямоугольных отверстия 41a-41d для приема четырех колес 46a-46d, соответственно, которые установлены на четырех осях 47j-47m, соответственно, которые прикреплены через стойки к пластине 46a основания.
[0115] Танкер Т швартуется к плавучей буровой установке по фиг. 1-4 с помощью швартовочного троса 18, который прикреплен к подвижной тележке 46 через пластину 50 и скобы 48 и 52. Когда на танкер Т действуют ветер, волны, течение и/или другие силы, танкер Т может двигаться по дуге вокруг плавучей буровой установки 10 с радиусом, определенным длиной швартовочного троса 18, поскольку тележка 46 может свободно перекатываться в горизонтальной плоскости внутри трубчатого канала 42.
[0116] Как лучше всего видно на фиг. 4, трубчатый канал 42 проходит по дуге прибл. 90 градусов вокруг корпуса 12 плавучей буровой установки 10. Противоположные концы трубчатого канала 42 закрыты так, чтобы создать упор для тележки. Трубчатый канал 42 имеет радиус кривизны, который согласуется с радиусом кривизны внешней стенки 12w корпуса 12, поскольку стойки 44a, 44b, 44c, 44d имеют одинаковую длину. Тележка 46 может свободно кататься вперед и назад в закрытом трубчатом канале 42 между концами этого трубчатого канала 42. Стойки 44a, 44b, 44c, 44d удерживают трубчатый канал на расстоянии от внешней стенки 12w корпуса 12, и шланг 20 и якорный канат 16c могут проходить через пространство, определенное между внешней стенкой 12w и внутренней стенкой 42c трубчатого канала 42.
[0117] Типично силы ветра, волн и течения позиционируют танкер Т в положении относительно плавучей буровой установки 10, далее именуемом подветренным положением относительно плавучей буровой установки 10. Швартовый трос 18 натягивается, когда ветер, волны и течение прилагают силу к танкеру, которая пытается отвести танкер Т от подветренной стороны стационарной плавучей буровой установки 10. Тележка 46 останавливается в трубчатом канале 42 благодаря балансу сил, который нейтрализует тенденцию движения тележка 46. При изменении направления ветра танкер Т может сдвинуться относительно плавучей буровой установки 10, и когда танкер Т движется, тележка 46 катится внутри трубчатого канала 43 и колеса 46f и 46g прижимаются к внутренней поверхности стенки трубчатого канала 42. Когда ветер продолжает дуть в этом новом, фиксированном направлении, тележка 46 останавливается в трубчатом канале 42 там, где силы, заставляющие тележку 46 катиться, будут нейтрализованы. Для предотвращения слишком близкого подхода танкера Т к плавучей буровой установке 10 или закручивания вокруг плавучей буровой установки 10, например при существенном изменении направления ветра, можно использовать один или более буксир.
[0118] Для гибкости в приспособлении к направлению ветра плавучая буровая установка 10 предпочтительно имеет второе подвижное соединение 60 со швартовочным тросом, расположенное напротив соединения 40 со швартовочным тросом. Танкер Т может швартоваться либо к подвижному соединению 40, либо к подвижному соединению 60, в зависимости от того, какое из них лучше для нахождения танкера Т с подветренной стороны от плавучей буровой установки 10. Подвижное соединение 60 со швартовочным тросом по существу идентично по конструкции подвижному соединению 40 и имеет собственный трубчатый канал с прорезью находящейся в най свободно катящейся тележкой, имеющей скобу выступающую через прорезь в трубчатом канале.
[0119] Каждое подвижное соединение 40 и 60 со швартовочным тросом, как считается, способно адаптироваться к движению танкера Т в пределах дуги прибл. 270 градусов, поэтому достигается высокая степень гибкости как при единичной операции выгрузки (за счет движения тележки в одном из подвижных соединений со швартовочным тросом) и при переходе от одной операции выгрузки к другой (благодаря возможности выбирать между противоположными подвижными соединениями со швартовочным тросом).
[0120] Воздействие ветра, волн и течения может прилагать к танкеру Т большую силу, в частности во время шторма или шквала, который, в свою очередь, прилагает большую силу к тележке 46, которая в свою очередь прилагает большую силу к прорезанной стенке (фиг. 13) трубчатого канала 42. Прорезь 42a ослабляет стенку и если будет приложена достаточно большая сила, стенка может изогнуться, возможно раскрывая прорезь 42a достаточно широко, чтобы тележка 46 была вырвана из трубчатого канала.
[0121] Трубчатый канал 42 требует конструирования и создания так, чтобы он мог выдерживать ожидаемые силы. В трубчатом канале 42 можно создавать внутренние усиливающие уголки, и можно использовать колеса сферической формы. Трубчатый канал является лишь одним средством для создания подвижного соединения со швартовочным тросом. Вместо трубчатого канала в качестве направляющей можно использовать двутавровую балку, имеющую противоположные полки, прикрепленные к центральной стенке, с тележкой или другим катящимся или скользящим устройством, закрепленным на внешней полке и движущимся по ней. Подвижное соединение со швартовочным тросом аналогично козловому крану за исключением того, что козловой кран адаптирован к противодействию вертикальным силам, а подвижное соединение со швартовочным тросом нужно адаптировать к противодействию горизонтальной силе, прилагаемой швартовочным тросом 18.
[0122] В подвижном соединении со швартовочным тросом можно использовать любой тип рельса, канала или направляющей, при условии, что тележка или любое катящееся, движущееся или скользящее устройство сможет двигаться продольно по такому рельсу, каналу или направляющей, в то же время будучи закрепленным на ней. Конструкции и способы построения подвижных соединений описаны в следующих патентах, включенных в настоящее описание путем отсылки. Патенты США № 5,595,121, "Аттракцион и самодвижущаяся кабина для него", выданный Elliott et al.; № 6,857,373, "Аттракцион, установленный на направляющей переменной кривизны", выданный Checketts et al.; № 3,941,060, "Монорельсовая система", выданный Morsbach; № 4,984,523, "Самодвижущаяся тележка и структура поддерживающей направляющей", выданный Dehne et al. и № 7,004,076 "Система манипулирования материалом с закрытой направляющей", выданный Traubnkraut et al., все из которых включены в настоящее описание полностью и для любых целей. Как описано здесь и в этих патентах, включенных путем отсылки, для сопротивления горизонтальной силе, такой, какая действует на плавучую буровую установку 10 через швартовочный трос 18 от танкера Т, можно использовать много средств, обеспечивающих боковое движение, например, с помощью тележки 46, движущейся вперед и назад, будучи захваченной в трубчатом канале 42.
[0123] Ветер, волны и течение прилагают к судну для бурения, добычи, хранения и отгрузки продукции или к плавучей буровой установке по настоящему изобретению, различные силы, которые приводят к вертикальным движениям вверх и вниз в дополнение к другим движениям.
[0124] Эксплуатационный райзер это труба, проходящая от устья скважины на дне моря к судну для бурения, добычи, хранения и отгрузки продукции или к плавучей буровой установке, которое в настоящем описании именуется плавучей буровой установкой. Эксплуатационный райзер может быть зафиксирован на дне моря и прикреплен к плавучей буровой установке. Вертикальная качка плавучей буровой установки может приводить к возникновению чередующихся растягивающих и сжимающих сил, действующих на эксплуатационный райзер, которые могут вызывать его усталость и разрушение. Одним аспектом настоящего изобретения является минимизация вертикальной качки плавучей буровой установки.
[0125] На фиг. 15 приведен вид сбоку плавучей буровой установки 10 по настоящему изобретению. Плавучая буровая установка 10 имеет корпус 82 и круглую верхнюю палубу 82a, при этом сечение корпуса 82 в любой горизонтальной плоскости, когда корпус 82 находится на плаву и в состоянии покоя, предпочтительно имеет круглую форму.
[0126] Верхняя цилиндрическая секция 82b продолжается вниз от палубы 82a, и верхняя коническая секция 82c продолжается вниз от верхней цилиндрической секции 82b и сужается внутрь. Плавучая буровая установка 10 могла бы иметь цилиндрическую суженную секцию 82d, продолжающуюся вниз от верхней конической секции 82c, что сделало бы ее более похожей на плавучую буровую установку 10 по фиг. 3, но она ее не имеет. Вместно суженной секции от верхней конической секции 82c вниз продолжается нижняя коническая секция 82e, расширяющаяся наружу, от нижней конической секции 82e вниз продолжается нижняя цилиндрическая секция 82f. Корпус имеет нижнюю поверхность 82g.
[0127] Нижняя коническая секция 82e описывается здесь как имеющая форму перевернутого конуса, в отличие от верхней конической секции 82c, которая описывается здесь как имеющая регулярную коническую форму. Плавучая буровая установка 10 показана плавающей так, что, когда она загружена и/или балластирована, поверхность воды пересекает верхнюю цилиндрическую секцию 82b. В этом варианте верхняя коническая секция 82c имеет существенно большую вертикальную высоту, чем нижняя коническая секция 82e, а верхняя цилиндрическая секция 82b имеет немного большую вертикальную высоту, чем нижняя цилиндрическая секция 82f.
[0128] Для уменьшения вертикальной качки и других видов стабилизации плавучей буровой установки 10, к нижней и внешней части нижней цилиндрической секции 82f прикреплен набор стабилизаторов 84, как показано на фиг. 15.
[0129] Другими словами, по меньшей мере один выступающий стабилизатор (напр., набор стабилизаторов 84) может содержать добавленную массу, что приводит к дополнительному вытеснению жидкости, что улучшает управление вертикальной качкой плавучей буровой установки. Этот по меньшей мере один выступающий стабилизатор прикреплен к структуре (напр., к корпусу плавучей буровой установки), и способен управлять влиянием направленных вниз гидродинамических сил течением и обеспечивать линейное/квадратичное демпфирование. В отличие от обычных стабилизаторов (т.е., радиальных стабилизаторов) этот по меньшей мере один выступающий стабилизатор имеет такие размер и форму, чтобы его можно было прочно крепить к структуре главного корпуса.
[0130] На фиг. 16 приведено сечение плавучей буровой установки 10 по линии 16-16 на фиг. 15. Как показано на фиг. 16, стабилизаторы 84 содержат четыре секции 84a, 84b, 84c и 84d, разделенные друг от друга промежутками 86a, 86b, 86c и 86d совместно именуемыми "промежутки 86"). Промежутки 86 являются пространствами между секциями 84a, 84b, 84c и 84d стабилизатора, которые дают место для прокладки эксплуатационных райзеров и якорных канатов на внешней поверхности корпуса 82 без контакта со стабилизаторами 84.
[0131] Якорные канаты 88a, 88b, 88c и 88d на фиг. 15 пропущены в промежутки 86a, 86b, 86c и 86d, соответственно, и крепят плавучую буровую установку 10 к морскому дну. Эксплуатационные райзеры 90a, 90b, 90c, 90d, 90f, 90g, 90h, 90i, 90j и 90l пропущены в промежутках 86a-c и подают ресурс, такой как сырая нефть, природный газ и/или выщелоченный минерал, из земли под морским дном в резервуары в плавучей буровой установке 10. Центральная секция 92 продолжается от дна 82g корпуса 82.
[0132] На фиг. 17 приведено вертикальное сечение плавучей буровой установки 10 по фиг. 15, иллюстрирующее в упрощенном виде группу резервуаров в корпусе 82 в сечении. Добытый ресурс, текущий по эксплуатационным райзерам, хранится во внутреннем кольцевом резервуаре.
[0133] Центральный вертикальный резервуар 82i можно использовать как сепаратор, например, для сепарации нефти, воды, и/или газа, или как хранилище.
[0134] Внешний кольцевой резервуар 82j, имеющий внешнюю стенку, конформную верхней конической секции 82 и нижней конической секции 82e, можно использовать для хранения балластной воды и/или для хранения добытого ресурса. В этом варианте внешний кольцевой резервуар 82k является полостью, имеющей сечение неправильного трапецоида, определенного сверху нижней конической секцией 82e и нижней цилиндрической секцией 82f, с вертикальной внутренней стороной и горизонтальной нижней стенкой дна, хотя резервуар 82k можно использовать для балласта и/или для хранения.
[0135] Резервуар 82m в форме тора, имеющий форму кольцевой прокладки или бублика квадратного или прямоугольного сечения, расположен в самой нижней и в самой внешней части копуса 82. Резервуар 82m можно использовать для хранения добытого ресурса и/или балластной воды. В одном варианте резервуар 82m удерживает буровой раствор с бурым железняком, а в другом варианте резервуар 82m содержит прибл. 1 часть бурого железняка н прибл. 3 части воды.
[0136] Стабилизаторы 84 для уменьшения вертикальной качки в сечении показаны на фиг. 17. Каждая секция стабилизаторов 84 в вертикальном сечении имеет форму прямоугольного треугольника, где угол 90° примыкает к нижней внешней боковой стенке нижней цилиндрической секции 82f корпуса 82 так, что нижняя сторона 84e треугольника находится в одной плоскости с нижней поверхностью 82g корпуса 82, а гипотенуза 84f треугольника проходит от дистального конца 84g нижней стороны 84e треугольника вверх и внутрь для соединения с внешней боковой стенкой нижней цилиндрической секции 82f в точке, которая находиться лишь немного выше, чем нижняя кромка внешней боковой стенки нижней цилиндрической секции 82, как можно видеть на фиг. 17.
[0137] Для нахождения размеров стабилизаторов 84 для достижения оптимальной эффективности могут потребоваться некоторые эксперименты. Начальной точкой является нижняя стороне 84e, проходящая радиально наружу на расстояние, равное приблизительно половине вертикальной высоты нижней цилиндрической секции 82f, а гипотенуза 84f соединяется с нижней цилиндрической секцией 82f примерно на одной четверти высоты нижней цилиндрической секции 82f от дна 82 корпуса 82. Другой начальной сточкой является то, что если радиус нижней цилиндрической секции 82f равен R, то нижняя сторона 84e стабилизатора 84 продолжается радиально наружу дополнительно на 0,05-0,20 R, предпочтительно, на 0,10-0,15 R и, более предпочтительно, на прибл. 0,125 R.
[0138] На фиг. 18 приведено сечение корпуса 82 плавучей буровой установки и/или плавучей буровой установки 80 по линии 18-18 на фиг. 17.
[0139] Радиальные опорные элементы 94a, 94b, 94c и 94d обеспечивают структурную поддержку для внутреннего кольцевого резервуара 83h, который показан как имеющий четыре отсека, разделенных радиальными опорными элементами 94. Радиальные опорные элементы 96a, 96b, 96c,96d, 96e, 96f, 96g, 96h, 96i, 96j, 96k и 96l обеспечивают структурную поддержку для внешнего кольцевого резервуара 82j и резервуаров 82k и 82m. Внешний кольцевой резервуар 82j и резервуары 82k и 82m делятся на отсеки радиальными опорными элементами 96.
[0140] Плавучая буровая установка по настоящему изобретению может изготавливаться на суше, предпочтительно на судоверфи, используя известные материалы и технологии строительства судов.
[0141] Плавучая буровая установка предпочтительно имеет круглую форму на виде сверху, но стоимость строительства может быть ниже при многоугольной форме, чтобы можно было использовать плоские, планарные металлические листы вместо того, чтобы гнуть такие листы до требуемой кривизны.
[0142] Корпус плавучей буровой установки, имеющий многоугольную форму с гранями, например, такой, как описан в патенте США № 6,761,508, на имя Haun, и включенный в настоящее описание путем отсылки, входит в объем настоящего изобретения.
[0143] Если выбрана многоугольная форма и если требуется установит подвижное соединение со швартовочным тросом, то трубчатый канал или рельс можно спроектировать с соответствующим радиусом кривизны и установить с помощью соответствующих стоек так, чтобы создать подвижное соединение со швартовочным тросом. Если плавучая буровая установка построена в соответствии с описанием установки, показанной на фиг. 1-4, то может оказаться предпочтительным перемещать плавучую буровую установку к конечному месту назначения без центральной колонны, и устанавливать центральную колонну в море, после того как плавучая буровая установка будет доставлена на место и поставлена на якоря. Для варианта, показанного на фиг. 7 и 9 центральную колонну может оказаться предпочтительным устанавливать на берегу, втягивать центральную колонну до самого верхнего положения и буксировать плавучую буровую установку к конечному месту назначения с полностью втянутой центральной колонной. После установки плавучей буровой установки в нужном положении, центральную колонну можно выдвинуть на требуемую глубину и заполнить коллектор массы на нижнем конце центральной колонны для стабилизации корпуса от воздействия ветра, волн и течения.
[0144] После того, как плавучая буровая установка будет поставлена на якорь и ее обустройство будет завершено, ее можно использовать для бурения разведочных или эксплуатационных скважин, если установлена буровая вышка, и ее можно использовать для добычи и хранения ресурсов или продуктов. Для выгрузки текучего груза, хранящегося на плавучей буровой установке, к ней подводится транспортный танкер. Как показано на фиг. 1-4, на барабанах 70a и/или 70b могут храниться бросательные концы.
[0145] Конец бросательного конца может выстреливаться пиротехническим устройством с плавучей буровой установки 10 на танкер Т и захватываться экипажем танкера Т. Другой конец бросательного конца может крепиться к предназначенному для крепления на резервуаре концу швартовочного троса 18 (фиг. 2) и экипаж танкера может втянуть конец 18c швартовочного троса 18 на танкер Т, где его можно закрепить на соответствующей структуре танкера Т.
[0146] Персонал танкера затем может выстрелить один конец бросательного конца на плавучую буровую установку, экипаж которой крепит этот конец бросательного конца к предназначенном для размещения на резервуаре концу 20a шланга 20 (фиг. 2). Экипаж танкера затем втягивает танкерный конец шланга 20 на танкер и крепит его к соответствующему соединению на резервуаре для создания сообщения по текучей среде между плавучей буровой установкой и танкером. Типично груз выгружается из хранилища на плавучей буровой установке на танкер, но может проводиться и обратная операция, когда груз из танкера выгружается на плавучую буровую установку для хранения.
[0147] Поскольку шланг может быть большим, например, 20 дюймов (508 мм) в диаметре, операция подсоединения и выгрузки может занять длительное время, типично много часов, но меньше суток. В это время танкер Т типично флюгирует в подветренное положение относительно плавучей буровой установки, и движется вокруг нее при перемене направления ветра, что компенсируется плавучей буровой платформой с помощью подвижного соединения со швартовочным тросом, допускающим существенное движение танкера относительно плавучей буровой установки, возможно по дуге 270 градусов, не прерывая операцию выгрузки. При возникновении сильного шторма или шквала операцию выгрузки можно остановить и, при необходимости танкер можно отшвартовать от плавучей буровой установки, отдав швартовочный трос 18.
[0148] По завершении типичной и беспроблемной операции выгрузки, конец шланга можно отсоединить от танкера и барабан 20b шланга можно использовать для намотки шланга 20 обратно для укладки на барабан 20b на плавучей буровой установке.
[0149] На плавучей буровой установке имеется второй шланг и барабан 72 для использования в сочетании со вторым подвижным соединением 60 со швартовочным тросом на противоположной стороне плавучей буровой установки 10. Танкерный конец 18c швартовочного троса 18 затем можно отсоединить, позволяя танкеру Т отойти и транспортировать полученный груз на береговой портовый объект. Для вытягивания танкерного конца 18c швартовочного троса 18 обратно на плавучую буровую установку можно использовать бросательный конец, и швартовочный трос 18 может либо плавать в воде рядом с плавучей буровой установкой, либо танкерный конец 18c швартовочного троса можно закрепить на барабане (не показан) на палубе 12a плавучей буровой установки, тогда как войной конец 51ba, 51c (фиг. 12) швартовочного троса 18 остается присоединенным к подвижному соединению 40 со швартовочным тросом.
[0150] Из вышеприведенного описания настоящего изобретения специалистам будут понятны изменения, которые можно внести в технологии, процедуры, материалы и оборудование. Все такие изменения в рамках изобретательской идеи включены в объем приложенной формулы.
[0151] Существует потребность в плавучей конструкции, которая обеспечивает поглощение кинетической энергии плавсредством за счет множества динамически подвижных ослабляющих механизмов в туннеле, сформированном в плавучей конструкции.
[0152] Кроме того, существует потребность в плавучей конструкции, которая осуществляет демпфирование и разрушение волн в туннеле, сформированном в плавучей конструкции.
[0153] Существует потребность в плавучей конструкции, которая прилагает силу трения к корпусу плавсредства в туннеле.
[0154] Варианты настоящего изобретения позволяют плавсредству безопасно входить в плавучую конструкцию и в суровых, и в благоприятных погодных условиях в морях при волнении от 4 до 40 футов (прибл. 1,22-12,2 м).
[0155] Варианты настоящего изобретения позволяют предотвратить травмы персонала, вызванные падением оборудования с плавучей конструкции, путем создания туннеля для хранения и защиты плавсредств для приема персонала с плавучей конструкции.
[0156] Согласно настоящему изобретению, предлагается плавучая конструкция, расположенная на морском месторождении, обеспечивающая быструю одновременную эвакуацию с плавучей конструкции многочисленного персонала в случае приближающегося урагана или цунами.
[0157] Согласно настоящему изобретению, предлагается средство для быстрой безопасной транспортировки многочисленного персонала, напр., 200-500 человек при пожаре на соседней платформе на плавучую конструкцию менее чем за 1 час.
[0158] Варианты настоящего изобретения позволяют буксировать плавучую конструкцию к месту морской катастрофы и использовать ее как центр управления для управления спасательными работами и использовать ее как госпиталь или как центр сортировки пострадавших по степени поражения.
[0159] На фиг. 19 показана плавучая конструкция для оперативной поддержки разработки морских месторождений, установок по бурению, добыче и хранения по вариантам настоящего изобретения.
[0160] Фиг. 19 и 20 следует рассматривать совместно. Плавучая конструкция 210 может содержать корпус 212, на которой может находиться надстройка 213. Надстройка 213 может содержать разное оборудование и структуры, такие как жилые помещения и помещения 258 для экипажа, склады оборудования, вертолетную посадочную площадку 254 и множество других структур, систем и оборудования, в зависимости от типа поддерживаемых морских операций. На надстройке могут быть смонтированы краны 253. Корпус 212 может быть поставлен на якоря с помощью множества цепных якорных растяжек 216. Надстройка может содержать ангар 250 для летательного аппарата. На надстройке может быть установлена вышка 251 управления движением. Вышка управления движением может иметь систему 257 динамического позиционирования.
[0161] Плавучая конструкция 210 может иметь туннель 230, открывающийся в корпус 212 в помещения за пределами туннеля.
[0162] Туннель 230 может принимать воду, когда плавучая конструкция имеет рабочую осадку 271.
[0163] Плавучая конструкция может иметь уникальную форму корпуса.
[0164] Как показано на фиг. 19 и 20, корпус 212 плавучей конструкции 210 может иметь главную палубу 212a, которая может быть круглой, и высоту H (показанную на фиг. 20). От главной палубы 212a может продолжаться вниз верхняя усеченно-коническая секция 214, показанная на фиг. 20.
[0165] На фиг. 19 и 20 показаны варианты настоящего изобретения, где верхняя усеченно-коническая секция 214 может иметь верхнюю цилиндрическую секцию 212b, продолжающуюся вниз от главной палубы 212a, сужающуюся внутрь верхнюю усеченно-коническую секцию 212g, расположенную под верхней цилиндрической секцией 212 и соединяющуюся с нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секцией 212c.
[0166] Плавучая конструкция 210 также может иметь нижнюю усеченно-коническую секцию 212d, продолжающуюся вниз от нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секции 212 и расширяющуюся наружу. И нижняя сужающаяся внутрь усеченно-коническая секция 212, и нижняя усеченно-коническая секция 212d могут находиться ниже рабочей осадки 271.
[0167] От нижней усеченно-конической секции 212d может продолжаться нижняя эллипсоидальная секция 212e и согласующийся эллипсоидальный киль 212f.
[0168] Как показано на фиг. 19 и 20, нижняя сужающаяся внутрь усеченно-коническая секция 212c может иметь существенно большую вертикальную высоту H чем высота нижней усеченно-конической секции 212d, показанная как H2. Верхняя цилиндрическая секция 212b может иметь немного большую вертикальную высоту H3, чем высота нижней эллиптической секции 212e, показанная как H4.
[0169] Как показано на фиг. 19 и 20, верхняя цилиндрическая секция 212b может соединяться с сужающейся внутрь верхней усеченно-конической секцией 212g так, чтобы образовать главную палубу большего радиуса, чем радиус корпуса, с надстройкой 213, которая может быть круглой, квадратной или иметь другую форму, например, форму полукруга. Сужающаяся внутрь верхняя усеченно-коническая секция 212 может находиться выше рабочей осадки 271.
[0170] Туннель 230 может иметь по меньшей мере одну закрывающуюся дверь, на чертежах показаны две закрывающиеся двери 234a и 234b, которые поочередно или в комбинации могут обеспечить защиту туннеля 230 от погоды и воды.
[0171] К нижней и внешней части внешней поверхности корпуса могут быть прикреплены имеющие форму стабилизаторов выступы 284. На фиг. 20 показан вариант со стабилизаторами, имеющими плоскую поверхность на части стабилизатора, продолжающейся от корпуса 212. На фиг. 20 стабилизатор продолжается на расстояние r от нижней эллипсоидальной секции 121e.
[0172] Корпус 212 показан со множеством цепных якорных растяжек 216 для крепления плавучей конструкции и создания разнесенной швартовочной системы.
[0173] На более упрощенном виде на фиг. 20 показаны две разные осадки: рабочая осадка 271 и транспортная осадка 270.
[0174] Динамические подвижные ослабляющие механизмы 224d и 224h могут быть ориентированы над полом 235 туннеля и могут иметь части, расположенные над рабочей осадкой 271 и и проходить ниже рабочей осадки 271 внутрь туннеля 230.
[0175] Главная палуба 212a, верхняя цилиндрическая секция 121b, сужающаяся внутрь верхняя усеченно-коническая секция 212g, нижняя сужающаяся внутрь усеченно-коническая секция 212c, нижняя усеченно-коническая секция 212d, нижняя эллипсоидальная секция 212e, и согласующийся эллипсоидальный киль 212f могут быть расположены соосно, с общей вертикальной осью 2100. В вариантах, корпус 212 может характеризоваться эллипсоидальным сечением в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси 2100 на любой высоте.
[0176] Благодаря своей эллипсоидальной на виде сверху форме, динамическая реакция корпуса 212 не зависит от направления волн (если пренебречь любой асимметрией в системах швартования, райзеров и подводных приспособлений), что минимизирует создаваемые волнами разворачивающие силы. Дополнительно, коническая форма корпуса 212 является структурно эффективной, давая большой объем для полезного груза и хранения на тонну стали по сравнению с традиционными морскими структурами, имеющими форму судна. Корпус 212 может иметь эллипсоидальные в радиальном сечении стенки, но такая форма может быть аппроксимирована, используя большое количество плоских металлических пластин, вместо того чтобы гнуть пластины до нужной кривизны. Хотя платформа с эллипсоидальным корпусом является предпочтительной, в альтернативных вариантах можно использовать платформу с многоугольным корпусом.
[0177] В других вариантах корпус 212 может быть круглым, овальным или эллипсоидальным, образующим эллипсоидальную платформу.
[0178] Эллипсоидальная форма может давать преимущества, когда плавучая конструкция зашвартована рядом с другой морской платформой так, чтобы можно было проложить проход между этими двумя структурами, эллиптический корпус может минимизировать или устранить интерференцию волн.
[0179] Конкретная конструкция нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секции 212c и нижней усеченно-конической секции 212d генерирует существенную величину демпфирования излучения, что приводит к почти полному отсутствию усиления вертикальной качки для волн любого периода, как описано ниже.
[0180] Нижняя сужающаяся внутрь усеченно-коническая секция 212c может быть расположена в зоне волн. При рабочей осадке 271 ватерлиния может находиться на нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секции 212c, непосредственно под пересечением с верхней цилиндрической секцией 212b. Нижняя сужающаяся внутрь усеченно-коническая секция 212c может иметь наклон относительно вертикальной оси 2100 под углом (α) от 10 до 15 градусов. Такой раструб, прежде чем достичь ватерлинии существенно демпфирует направленное вниз движение, поскольку направленное вниз движение корпуса 212 увеличивает площадь ватерлинии. Другими словами, площадь корпуса, нормальная к вертикальной оси 2100, которая разбивает поверхность воды, увеличивается при движении корпуса вниз и такая увеличенная площадь подвергается противодействующему сопротивлению интерфейса с воздухом и/или водой. Было обнаружено, что 10-15 градусов раструба дают требуемую величину демпфирования направленного вниз движения, не жертвуя слишком большим полезным объемом судна.
[0181] Аналогично нижняя усеченно-коническая секция 212d демпфирует движение, направленное вверх. Нижняя усеченно-коническая секция 212d может быть расположена под зоной волн (прибл. на 30 м ниже ватерлинии). Поскольку вся нижняя усеченно-коническая секция 212d может быть под поверхностью воды, желательно создать большую площадь (нормальную к вертикальной оси 2100), чтобы добиться демпфирования направленного вверх движения. Соответственно, первый диаметр D1 нижней секции корпуса может быть больше второго диаметра D2 нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секции 212c. Нижняя усеченно-коническая секция 212d может иметь наклон под углом (γ) к вертикальной оси 2100, равным 55-65 градусов. Эта нижняя секция может расширяться наружу под углом равным или превышающим 55 градусов для создания большей инерции для движений вертикальной, килевой и бортовой качки. Увеличенная масса вносит влияет на естественные периоды вертикальной, килевой и бортовой качки больше, чем ожидаемая энергия волн. Верхняя граница в 65 градусов выбрана из соображений недопущения резких изменений стабильности во время первоначальной балластировки во время установки. То есть, нижняя усеченно-коническая секция 212d может быть перпендикулярной вертикальной оси 2100 и обеспечивать требуемую величину демпфирования направленного вверх движения, но такой профиль корпуса приведет к нежелательному ступенчатому изменению стабильности во время первоначальной балластировке при установке. Точка соединения между верхней усеченно-конической частью 214 и нижней усеченно-конической секцией 212d может иметь третий диаметр D3, меньший, чем первый и второй диаметры D1 и D2.
[0182] Транспортная осадка 270 представляет ватерлинию корпуса 212, когда он транспортируется к рабочему положению в море. Транспортная осадка, как известно, уменьшает количество энергии, необходимое для транспортировки плавучего судна на большие расстояния по воде, уменьшая профиль плавучей конструкции, который контактирует с водой. Транспортная осадка, грубо говоря, является пересечением нижней усеченно-конической секции 212d и нижней эллипсоидальной секции 212e. Однако, погодные условия и ветер могут вызвать необходимость в изменении транспортной осадки для соблюдения требований к безопасности или для быстрого перемещения из одного положения на воде в другое.
[0183] В разных вариантах центр тяжести морского судна может находиться ниже его центра плавучести для создания естественной стабильности. Добавление балласта в корпус 212 используется для понижения центра тяжести. При необходимости можно добавить достаточное количество балласта, чтобы опустить центр тяжести ниже центра плавучести для любой конфигурации надстройки и полезного груза, который должен размещаться в корпусе 212.
[0184] Этот корпус характеризуется относительно высоким метацентром. Однако, поскольку центр тяжести расположен низко, метацентрическая высота дополнительно увеличивается, что приводит к появлению больших выпрямляющих моментов. Дополнительно, периферийное расположение фиксированного балласта дополнительно увеличивает выпрямляющие моменты.
[0185] Такая плавучая конструкция агрессивно сопротивляется бортовой и килевой качке и является, что называется, "невалкой". Невалкие суда типично характеризуются резкими рывковыми ускорениями, когда большие выпрямляющие моменты противодействуют килевой и бортовой качке. Однако инерция, связанная с большой общей массой плавучей конструкции, специально увеличенной фиксированным балластом, смягчает такие ускорения. В частности, масса фиксированного балласта увеличивает собственный период колебаний плавучей конструкции до величины, превышающей период наиболее часто встречающихся волн, тем самым ограничивая вызываемые волнами ускорения во всех степенях свободы.
[0186] В одном варианте плавучая конструкция может иметь движители 299a-299d.
[0187] На фиг. 21 показана плавучая конструкция 210 с главной палубой 212a и надстройкой 213 на главной палубе.
[0188] В одном варианте на надстройке 213, содержащей вертолетную площадку 254, может быть установлен кран 253.
[0189] Показано множество цепных якорных растяжек 216a-216e и 216f-216j, продолжающихся от верхней цилиндрической секции 212b.
[0190] На корпусе 212 показано причальное сооружение 260 в части сужающейся внутрь верхней усеченно-конической секции 212g. Сужающаяся внутрь верхняя усеченно-коническая секция 212g показана соединенной с нижней сужающейся внутрь усеченно-конической секцией 212c и с верхней цилиндрической секцией 212b.
[0191] На фиг. 21 приведен общий вид в увеличенном масштабе корпуса с отверстием 230 для приема плавсредства 2200. Туннель 230 может иметь по меньшей мере одну закрывающуюся дверь 234a, 234b, которые поочередно или в комбинации могут обеспечить защиту туннеля 230 от погоды и воды.
[0192] Динамические подвижные ослабляющие механизмы могут быть ориентированы над полом 235 туннеля и могут иметь участки, расположенные над рабочей осадкой 271 и проходить ниже рабочей осадки 271 внутри туннеля 230.
[0193] На фиг. 22 показано множество отверстий 252a-252ae в пластине 243, которые могут ослабить воздействие волн нв отверстии 230 в корпусе.
[0194] Каждое из множества отверстий может иметь диаметр от 0,1 до 2 метров. В вариантах настоящего изобретения множество отверстий 252 может иметь форму эллипсов.
[0195] Плавучая конструкция может иметь транспортную осадку и рабочую осадку, где рабочая осадка 271 достигается с помощью балластных насосов и путем заполнения резервуаров в корпусе водой, после перемещения структуры с транспортной осадкой к месту проведения работ.
[0196] Транспортная осадка может быть равна прибл. 7-15 метров, а рабочая осадка может быть равна прибл. 45-65 метров. Туннель во время транспортировки может быть над водой.
[0197] Туннель могут образовывать прямые, кривые или суженные секции корпуса.
[0198] В вариантах пластины, закрываемые двери и корпус могут быть изготовлены из стали.
[0199] На фиг. 22 приведен общий вид в увеличенном масштабе одного из динамических подвижных ослабляющих механизмов. Вторичные пластины 238a прикреплены к первичной пластине 243 для дополнительного демпфирования волн. Также обозначены позициями элементы, аналогичные показанным на предыдущих чертежах.
[0200] На фиг. 23 приведен вид сверху Y-образного туннеля в корпусе плавучей конструкции. Отверстие 230 показано с первым отверстием 231 в корпусе и со вторичными отверстиями 232a, 232b в корпусе.
[0201] На фиг. 24 приведен вид сбоку плавучей конструкции с цилиндрической суженной секцией 2228.
[0202] Плавучая конструкция 210 показана с корпусом 212 с главной палубой 212a.
[0203] Плавучая конструкция 210 имеет верхнюю цилиндрическую секцию 212b, продолжающуюся вниз от главной палубы 212a, и верхнюю усеченно-коническую секцию 212g, продолжающуюся от верхней цилиндрической секции 212b.
[0204] Плавучая конструкция 210 имеет цилиндрическую суженную секцию 2228, соединенную с верхней усеченно-конической секцией 212g.
[0205] Нижняя усеченно-коническая секция 212d продолжается от цилиндрической суженной секции 2228.
[0206] Нижняя эллипсоидальная секция 212e соединена с нижней усеченно-конической секцией 212d.
[0207] Эллипсоидальный киль 212f сформирован на дне нижней эллипсоидальной секции 212e.
[0208] Выступающий стабилизатор 284 прикреплен к нижней и внешней части эллипсоидального киля 212f.
[0209] На фиг. 25 приведен детальный вид плавучей конструкции 210 с цилиндрической суженной секцией 2228.
[0210] Выступающий стабилизатор 284 показан прикрепленным к нижней и внешней части эллипсоидального киля и продолжается от эллипсоидального киля в воду.
[0211] На фиг. 26 представлен вид с вырезом плавучей конструкции 210 с цилиндрической суженной секцией 228 в транспортной конфигурации.
[0212] В вариантах плавучая конструкция 210 может иметь весок 2116, который может быть подвижным. В вариантах этот весок является необязательным и может быть встроен в корпус для дополнительной регулировки характеристик корпуса.
[0213] На этом чертеже показан весок 2116 на транспортной глубине.
[0214] В вариантах подвижный весок может быть выполнен с возможностью перемещения между транспортной осадкой и рабочей осадкой, и весок может быть выполнен с возможностью демпфировать движение плавсредства, когда плавсредство движется в воде из стороны в сторону.
[0215] В вариантах корпус может иметь нижнюю поверхность и палубу.
[0216] В вариантах корпус может быть сформирован, используя по меньшей мере две соединенные секции, соединенные между нижней поверхностью и палубой.
[0217] В вариантах эти по меньшей мере две соединенные секции могут быть соединены последовательно и симметрично относительно вертикальной оси, и соединенные секции проходят вниз от палубы до нижней поверхности.
[0218] В других вариантах соединенные секции могут состоять по меньшей мере из двух из: верхней цилиндрической части, суженной секции и нижней конической секции.
[0219] Хотя выше были описаны конкретные варианты изобретения, следует понимать, что что в объем приложенной формулы входят и другие варианты, помимо конкретно описанных выше.