中深水半潜式钻井平台制造技术

本发明专利技术提供了一种中深水半潜式钻井平台，包括间隔设置的两个下浮体、分别竖直设置在两下浮体上的至少四个立柱和支撑于各立柱上的呈四方形箱型结构的主船体；各下浮体包括两个艏艉段和一个中间段，两艏艉段分别连接在中间段纵向的两端；艏艉段在纵向上为由中部至两端宽度渐缩的结构，艏艉段的最大宽度处通过曲面圆滑过渡至外端，且艏艉段的外端端部形成弧面，艏艉段的最大宽度处与中间段曲面圆滑过渡连接；中间段的最大宽度小于艏艉段的最大宽度；立柱竖直设置在下浮体的艏艉段上。本发明专利技术减少钻井平台的拖航及自航阻力，降低燃油消耗量，降低了作业成本。进一步地，本发明专利技术还可使得平台的垂荡运动幅值响应算子得以降低，改善了平台垂荡性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程
，涉及一种浮动式海上结构物，更具体地，涉及一种适合在中深水海域作业的半潜式钻井平台。
技术介绍
众所周知，石油资源是现代工业的动力源泉，伴随着陆地石油资源的日趋贫乏，海洋油气资源的勘探开发利用近年来不断的得到快速发展，从而导致海洋工程量需求旺盛，特别是随着海洋工程从浅水逐步的走向中深水，中深水海洋工程设备如半潜式钻井平台、半潜式海洋生活平台、半潜式海洋起重平台等海工装备产品得到世界各大船厂的追捧，竞争激烈。海洋工程的设计建造及工艺流程是一项庞大而又非常复杂的系统工程，同样中深水半潜式钻井平台的设计建造及工艺流程也存在工序复杂、船台工期较长的特点，例如常见的中深水半潜式钻井平台由几十个大系统组成，典型的如：定位系统、压载系统、消防系统、舱底水系统、海水冷却系统、淡水冷却系统、燃油系统、火炬放空系统、钻井设备及泥浆循环系统、大型起重设备及其吊臂支撑结构等，并且每个大系统往往由数十甚至数百个子系统组成。如此繁多的设备系统在有限的平台空间进行布置，在设计建造时，客观上存在相当大的难度，并且在整个设计建造过程中需要多专业、多工序、多系统的有效配合协作才能顺利完成。于此同时，中深水半潜式钻井平台在油气岩层所在海域作业时，往往还要面对恶劣的天气及海况条件，例如：在英国北海海域，其100年一遇的台风平均风速为37米/秒, 200年一遇的台风平均风速为40米/秒，有义波高为15米，海水表面最大流速可达2.0米/秒，油气岩层所在海域的水深往往达到750米左右，钻井深度也需要达到7500米左右。另外，露天甲板区域往往还是钻井设备运载和船员进行多项施工作业的场所，因此，如何形成并实现海洋工程在中深水海域油气岩层的可靠开采作业、抵御复杂恶劣的天气及海况条件的船体性能、露天甲板区域的大面积存储支持及大空间设备布置功能，是海洋工程研发设计部门及建造企业必须要面对的一个实际问题。还有，通常可以认为半潜式钻井平台共有三种总体工况，即：钻井作业工况、自航行工况和抗风暴自存工况。在海洋油气开采生产过程中，钻井作业工况是半潜式钻井平台的主要工况，自航行工况是指半潜式钻井平台在完成某一油气田的钻井作业后，因油气岩层往往分布在不同的海域位置，中深水半潜式钻井平台还需要依靠自身（或拖带）动力转移航行至作业海域。因此，如何处理解决中深水半潜式钻井平台在海洋油气开采过程中，其拖航及自航阻力过大的问题，同样也是海洋工程研发设计部门及建造企业必须要面对的又一个实际问题。在以往情况下，对于半潜式钻井平台的设备设置、总体布置、船体结构设计、下船体船型设计及有害气体的处理排放等技术问题的解决，以往常规的做法是：采用在下船体的左右舷分别设置一个浮体（浮筒）的技术方案，来为整体的半潜式钻井平台提供所需全部浮力；同时将两个下浮体大间距的设置在半潜式钻井平台的左右两侧，其主要目的是为了防止横摇幅值过大，以保证半潜式钻井平台的整体稳性；在钻井作业工况或抗风暴自存工况时，下浮体完全沉没于海平面以下的海水里，其主要目的是在为半潜式钻井平台提供整体浮力的同时，用来防止波浪扰动力及纵摇幅值过大等不利问题的出现；将两个下浮体的横向剖面设计成四角有圆弧的矩形，作用是为了减少半潜式钻井平台在自航行（或拖带航行）工况时的航行阻力及拖曳力；分别在位于半潜式钻井平台左右舷的下浮体朝向海底一侧，设计安装6-8只全回转推进器（连同其它部件组成动力定位系统），且布置成左右对称的形式，这些推进器可以在自航行工况时提供航行推进动力，并通过调整其自身的转动角度及转动速度来控制半潜式钻井平台的航向航速，在钻井作业工况或抗风暴自存工况时，也可以通过调整其各自的转动角度及转动速度，以使半潜式钻井平台始终可靠的动态定位于作业海域的指定钻井位置；在半潜式钻井平台主甲板的左右舷分别设置一个水下机器人工作平台，用以运载水下机器人和对其进行收放作业；对于下浮体与立柱之间的连接，采用立柱外板与下浮体外板对齐，且在侧面的连接处增加肘板的形式，对于立柱和箱型主船体之间的连接，采用立柱外板与箱型主船体外板对齐的方式，再通过使用坞内吊装、整体合拢和焊接的方法，使得半潜式钻井平台的两个下浮体与四根立柱之间、四根立柱与箱型主船体之间连接合拢在一起，从而再组成一个完整的船体结构，具有外表美观、对位容易及有利于建造的优点。然而现有的半潜式钻井平台中，或多或少地具有以下一些不足之处：缺点一是半潜式钻井平台主甲板本身的空间面积较小，同时上层建筑及各种设备过多的占据了宝贵的露天甲板存储面积和作业空间，使得本来就显狭窄的主甲板空间变的更加拥挤不堪，同时操作检修位置较高的设备布置和结构设计也不便于作业者的施工安装及交船后船员的维修使用保养；缺点二是半潜式钻井平台下浮体的设计不甚合理，这样在自航行（或拖带航行）工况时的航行阻力或所需拖曳力较大，由此带来的直接弊端就是主机燃油量、时间成本及油气开采作业成本的增加；缺点三是半潜式钻井平台下浮体的设计不甚合理，这样在钻井作业工况或抗风暴自存工况时，就使得垂荡运动特性欠佳，进而影响连接立管的作业可靠性及半潜式钻井平台对作业海域的适应性；缺点四是由于半潜式钻井平台数量过多的全回转推进器，使得动力定位系统及其控制回路过于复杂繁琐，同时推进电机及轴系、动力电缆、控制电缆及控制箱等设备也会占用大量的空间面积，同时材料成本、人工成本和建造周期也会相应的增加；缺点五是由于半潜式钻井平台采用通过主柴油发电机组排烟系统直接向海洋大气排空消耗的处置办法，会增加对露天甲板区域、周围海域或码头的噪声污染量级，同时直接向大气排放燃油残余物，还存在着浪费能源并污染海洋大气环境的问题，不利于人类生存环境的保护；缺点六是由于半潜式钻井平台采用船体主要部件（单元模块或分段）外板对齐的连接方式，这就需要额外增加肘板等船体部件，同时还要加大板厚，这样就使船体局部结构趋于复杂，更重要的是由于连接处肘板位置的应力较大，容易引起船体部件的疲劳损坏，进而影响到半潜式钻井平台的整体安全作业并引发海难事故的发生。因此，如何开发研究出一种具有小阻力低垂荡且大空间的船型，并能用其主甲板来布置设计各类功能设备，以克服上述海洋工程在设计和作业过程中存在的不足，在规定的采油周期和建造成本的前提要求下，利用海洋油气生产企业和海洋工程建造企业现有的工艺技术条件，改善平台的运动特性，以提高平台的作业安全性和适用性，同时减少材料人工投入并降低钻井采油作业成本，来完成海洋工程设计及海洋油田开发的工作，是本专利技术的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的首先在于提供一种中深水半潜式钻井平台，解决现有技术中钻井平台阻力大的问题。进一步地，本专利技术还对半潜式钻井平台的垂荡性能进行改善。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种中深水半潜式钻井平台，包括间隔设置的两个下浮体、分别竖直设置在两下浮体上的至少四个立柱和支撑于各立柱上的呈四方形箱型结构的主船体；各下浮体包括两个艏艉段和一个中间段，两个艏艉段分别连接在中间段纵向的两端；所述艏艉段在纵向上为由中部至两端宽度渐缩的结构，艏艉段的最大宽度处通过曲面圆滑过渡至外端，且艏艉段的外端端部形成弧面，艏艉段的最大宽度处与所述中间段曲面圆滑过渡连接；所述中间段的最大宽度小于艏艉段的最大宽度；四个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中深水半潜式钻井平台，其特征在于，包括：间隔设置的两个下浮体，各下浮体包括两个艏艉段和一个中间段，艏艉段分别连接在中间段纵向的两端；所述艏艉段在纵向上为由中部至两端宽度渐缩的结构，艏艉段的最大宽度处通过曲面圆滑过渡至外端，且艏艉段的外端端部形成弧面，艏艉段的最大宽度处与所述中间段曲面圆滑过渡连接；所述中间段的最大宽度小于艏艉段的最大宽度；至少四个立柱，四个立柱分别竖直设置在两个下浮体的艏艉段上；主船体，呈四方形箱型结构，支撑于所述各立柱上。

【技术特征摘要】
2015.02.02 CN 20151005349251.一种中深水半潜式钻井平台，其特征在于，包括：间隔设置的两个下浮体，各下浮体包括两个艏艉段和一个中间段，艏艉段分别连接在中间段纵向的两端；所述艏艉段在纵向上为由中部至两端宽度渐缩的结构，艏艉段的最大宽度处通过曲面圆滑过渡至外端，且艏艉段的外端端部形成弧面，艏艉段的最大宽度处与所述中间段曲面圆滑过渡连接；所述中间段的最大宽度小于艏艉段的最大宽度；至少四个立柱，四个立柱分别竖直设置在两个下浮体的艏艉段上；主船体，呈四方形箱型结构，支撑于所述各立柱上。2. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述艏艉段和所述中间段均相对于自身纵向轴线对称，两个艏艉段对称设置在中间段的两端，且艏艉段和中间段的纵向轴线重合。3. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述中间段由一端至另一端等宽，所述中间段的宽度与所述艏艉段的最大宽度的比例为0.60-0.75。4. 根据权利要求3所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述中间段的宽度与所述艏艉段的最大宽度的比例为0.62-0.7。5. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述中间段的轴向长度与所述艏艉段的轴向长度的比例为0.4-0.5，所述艏艉段的最大宽度处至该艏艉段与所述中间段连接处的轴向距离与艏艉段的最大宽度的比例为1.05-1.15，所述艏艉段的轴向长度与最大宽度的比例为2-2.2，所述艏艉段的最大宽度处距外端端部的距离与艏艉段的最大宽度的比例为1-1.2。6. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述艏艉段的最大宽度处与所述中间段之间由多段圆弧依次连接过渡。7. 根据权利要求6所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，在从所述艏艉段的最大宽度处往所述中间段的方向上，所述多段圆弧包括依次连接的至少两段半径渐大的外凸圆弧和至少两段半径渐小的内凹圆弧。8. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述艏艉段的最大宽度处通过多段圆弧圆滑过渡至外端端部，且在往外端方向上，各段圆弧的半径逐渐减小。9. 根据权利要求8所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述艏艉段外端端部圆弧面的半径与艏艉段的最大宽度的比例为0.2-0.3。10. 根据权利要求1所述的中深水半潜式钻井平台，其特征在于，所述艏艉段的最大宽度处至外端端部的外轮廓线为半椭圆，艏艉段的最大宽度处通过椭圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，罗伯特·拉格威森，肖元，张利华，韩荣贵，马格纳斯·恩格斯特，拉特格·欧格曼，贺昌海，傅强，刘富祥，王军，李峰，滕瑶，张工，
申请(专利权)人：中集海洋工程研究院有限公司，巴索技术公司，烟台中集来福士海洋工程有限公司，中国国际海运集装箱集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37