在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其目的在于提供一种具有流动稳定部的钻井船，为了稳定船井内的流动并减少钻井船的阻力变动量，上述流动稳定部形成为将用于抑制涡流的块体的底面向船体的上部方向凹进，上述用于抑制涡流的块体从船底向船井内船尾部突出形成。在船井内具有用于抑制涡流的块体的钻井船方面，本发明构成为，在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其中，将上述用于抑制涡流的块体下部的船底的一处向船体上部凹进加工，从而形成流动稳定部。具有上述结构的本发明的钻井船，有改善船舶的抵抗性能并稳定流动的效果。
【专利说明】在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船
【技术领域】
[0001]本发明涉及在设置于船底的船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，具体地涉及具有用于抑制涡流的块体的钻井船(Drillship)，其中，变更船井船首部船底的形状，抑制从船井船首部边角剥离出来的流线(streamline)及涡流(Vortex),从而减少作用在船井上的阻力变量，稳定船井内的自由水面的同时，形成有从船底底面最小突出的凹型流量稳定部。
【背景技术】
[0002]随着全世界产业及工业的发展，石油、天然气等的使用量增加，对于因缺乏经济性而被忽视的少量边际油田或者深海油田的开发的关注度日益高升。
[0003]为实现所述需求，通过发达的海底采矿技术，开发各种形状的用于所述油田开发的具有钻井装置的钻井船(Dr i 11 ship )。
[0004]通常，作为用于海上开采石油的方法，现有的方法主要使用海上钻探专用的钻井船(rig ship)或者固定式平台，所述海上钻探专用的钻井船在停泊在海上一处的状态下进行海上钻探操作，但是在近期开发了一种制造为与一般船舶的形状相同的可航行的钻井船(drillship，钻孔船)，从而使用于海上钻探，以便装载尖端钻井装置，并且可依靠自身的动力航行。
[0005]观察所述钻井船的结构，为了向海底面送入钻杆(drill pipe)，在船体中心部形成有垂直贯通的船井(moonpool)。如上所述的船井在钻井船航行时易产生强大的流动干扰，所述流动干扰通过从船井船首部末端剥离出来的涡流(Vortex)和自由水面间的相互作用而产生，其使船井内的自由水面不稳定，增加阻力的时间变量，从而使钻井船的抵抗性能变差。
[0006]图1是表示设置在钻井船上的现有的一般船井的形状的侧面图，流入至钻井船船体的船井50的外部流动SlO从船首部60移动至船尾部61。此时，为了抑制因外部流动(主流动)而产生的涡流，在从船井50的船首部船底向船尾处突出形成的用于抑制涡流的块体3的边角IOa处剥离(desquamate)流动，并且因剪切层的不稳定性而形成涡流(Vortex, V10)。
[0007]所述涡流(Vortex)根据流动而碰撞于船井50的船尾部边角11a，从而产生强压力干扰，进而增加作用在船井的阻力的时间变量。此外，通过碰撞在船尾部边角Ila的涡流(Vortex)，部分流动Sll流入至船井50内，从而存在干扰船井50内的自由水面(WlO)的问题。
[0008]用于减少所述流动干扰的现有技术，如图2所示的具有设置在钻井船上的流动稳定装置的船井形状的侧截面图所示，在船井50的船首部边角设置沿着海底方向倾斜地突出的倾斜突出部20，从而控制产生在倾斜突出部末端的涡流(Vortex)以及调节贯通船井50的外部流动S20的剥离角度(Θ )。[0009]然而，类似于所述的流动干扰减低结构存在着以下问题:在船首部边角和用于抑制涡流的块体3上附加形成的倾斜突出部20低于钻井船的船底底面向海底底部突出，从而在干燥船舶时会受水深的制约；另外，在保持一定的剥离角度的状态下要求性能改善时，倾斜突出部20变得过大；另外，在保持倾斜突出部20高度的状态下要求性能改善时，对剥离角度进行增加，从而使得作用在钻井船上的阻力平均值增加。
[0010]除此之外，用于抑制船井内的流动的另外的现有技术，为韩国的专利申请第10-2007-37729号(抑制船井流动装置)，其提供一种抑制船井流动装置，该装置通过分散及吸收产生在船井内部的海水的流动能量，抑制所述船井内部所产生的晃动和溢出现象，并且延迟船井内部所产生的涡流，从而可提高船舶速度，所述装置主要包括:多个船井板，其垂直设置于船首部侧面、船尾部侧面以及双侧面，所述船首部侧面、船尾部侧面以及双侧面属于船井内壁面；以及船井底块，其向所述船井中心方向附着于所述船井内壁面的船首部侧的下端边，能够保持与船底面相等的高度而形成，并且所述船井板以及船井底块具有不干扰最大操作区域的突出幅度，并且将所述船井板中上部侧的多个段设置成低于船舶处在操作位置时的海水的自由表面(free surface)，并且将所述船井板中下部侧的多个段设置成低于船舶处于航行时的海水的自由表面。
[0011 ] 如上所述的现有技术为一种分散并吸收流入至船井内的流动能量的装置，其减小流入至船井内部的流动，从而具有稳定船井内的自由水面的优点。
[0012]但是，所述装置还具有以下缺点:其不减少流入至船井内部的外部流动，从而控制从船首部边角剥离出来的流动和涡流(Vortex)，并且减少在船尾部边角通过流线(Streamline)以及润流(Vortex)所产生的压力变动性的能力不大；另外，由于过度复杂的结构的船井的设置，增加重量以及单价上升。
[0013]另外的用于抑制船井内的流动的现有技术，为韩国的专利申请第10-2008-87278号(具有海水流动的自体抑制装置的船井)，其提供一种具有海水流动的自体抑制装置的船井，其为了抑制或者切断通过船井流入的流水的流速，通过海水流动的分离来形成边界层(boundary layer),从而能够通过流水的各个流动间的摩擦和干扰以及气泡的产生等执行直接阻碍以及自体抑制的功能，其包括:海水流动的变换结构物，其设置于船井吃水线(waterline)附近的垂直壁体上，从而为了变换海水流动方向，以《1"形状形成，进而沿着所述垂直壁体向水平伸长地设置；以及流水流动的分离结构物，其为了在所述海水流动的变换结构物的下部分离流水流动，以漏斗形状形成，从而沿着所述垂直壁体向水平伸长地设置，将形成海水边界层的海水流动的自体抑制装置以I段或者多段的结构设置。
[0014]如上所述的现有技术具有以下优点:为了抑制或者切断通过船井流入的流水流速，通过海水流动的分离形成边界层，从而一次利用海水流动的自体抑制装置的自体切断能力，并且能够利用通过分离流动的摩擦力。
[0015]但是，所述技术还具有以下缺点:不会减少流入至船井内部的外部流动，从而对从船首部边角剥离出来的流动和涡流(Vortex)进行控制后，对在船尾部边角通过流线(Streamline)以及涡流(Vortex)冲撞所产生的压力变动性进行减少的能力不是很大。
[0016]另外，所述技术具有以下问题:由于具有过度复杂结构的海水流动的变换结构物，增加钻井船的重量以及增加其制造单价，所述海水流动的变换结构物沿着垂直壁体向水平伸长地设置。[0017]另外，作为抑制船井内的流动的技术，有韩国实用新型登记申请第20-2006-24344(船舶的船井流动的抑制结构)、韩国专利申请第10-2007-124862 (钻井船的船井结构物的流动减小结构)等的用于减小多个船井内的流动的现有技术，但是大部分是关于在船井内部具有附加的装置的结构，其具有如下缺点:不减少流入至船井内部的大部分外部流动，从而控制从船首部边角剥离出来的流动和涡流(Vortex)后，对在船尾部边角通过流线(Streamline)以及涡流(Vortex)冲撞所产生的压力变动性进行减少的能力不是很大，并且，由于船井内附加了复杂的装置结构，因此存在增加重量以及钻井船的制造单价上升的问题。
【发明内容】
[0018]本发明为了解决所述问题而提出，其目的在于提供一种具有流动稳定部的钻井船，为了稳定船井内的流动并减少钻井船的阻力变动量，所述流动稳定部形成为将用于抑制涡流的块体的底面向船体的上部方向凹进，所述用于抑制涡流的块体从船底向船井内的船尾处突出形成。
[0019]执行用于实现所述目的并消除现有缺点的课题的本发明，通过提供一种在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船来实现，其在船井内具有用于抑制涡流的块体的钻井船方面，将所述用于抑制涡流的块体下部的船底的一处向船体上部凹进并加工，从而形成流动稳定部。
[0020]根据本发明的优选实施例，所述流动稳定部可包括:流动流入部，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐增加，以便防止外部流动的剥离；流动平行部，其形成为平行于船底或者与船底形成一定角度，以便保持通过流动流入部流入的流动；流动剥离部，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐减小，以便对经过流动平行部的流动进行剥离。
[0021]根据本发明的优选实施例，还可包括流动加速部，其设置为与流动平行部和流动剥离部的下方分离，以便使得经过所述流动平行部的流动移动至流动剥离部的同时加速流动。
[0022]根据本发明的优选实施例，所述流动流入部相对于船底可倾斜为小于30度的角度而凹进形成。
[0023]根据本发明的优选实施例，将所述流动流入部与船底间的连接部形状构成为曲线形(R)。
[0024]根据本发明的优选实施例，形成为具有一定角度的流动平行部与船底形成-10度?+10度的角度。
[0025]根据本发明的优选实施例，将所述流动平行部与流动流入部间的连接部的形状构成为曲线形(R)。
[0026]根据本发明的优选实施例，所述流动剥离部的形状可以选取直线型、曲线形或者直线型和曲线形的组合形状中的任意一个以上。
[0027]根据本发明的优选实施例，所述流动加速部可对其位置及角度进行调节后设置，以便将流动平行部与流动加速部间的截面积形成为大于流动剥离部与流动加速部间的截面积。
[0028]如上所述的本发明作为具有如下优点的有用发明，在产业中非常期待对其的利用:对从形成于钻井船的船井的船首部边角剥离出来的流动及涡流(Vortex)进行控制后，对在船尾部边角通过流线(streamline)及润流(Vortex)的碰撞所产生的压力的变动性进行减小，从而改善钻井船的抵抗性能，并且对从船尾部边角流入至船井内的流动进行减小，从而能够稳定船井内的自由水面；
[0029]另外，将形成于船井船首部的用于抑制涡流的块体的船底向船体内部凹进，使所述装置从船底底面最小地突出，从而提高干燥船舶的经济性。具有如此优点的本发明，其在产业中的利用价值期望性很高，为有用的发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是表示根据现有的一个实施例的设置于钻井船上的通常的船井的形状的侧截面图；
[0031]图2是表示根据现有的另一个实施例的具有设置在钻井船上的流动稳定装置的船井形状的侧截面图；
[0032]图3是根据本发明的一个实施例的具有流动稳定部的船井的侧面图；
[0033]图4a是表示根据本发明的实施例的流动流入部结构的侧面图；
[0034]图4b是表示根据本发明的另一个实施例的流动流入部结构的侧面图；
[0035]图5a是表示根据本发明的一个实施例的流动平行部结构的侧面图；
[0036]图5b是表示根据本发明的另一个实施例的流动平行部结构的侧面图；
[0037]图6a是表示根 据本发明的一个实施例的流动剥离部结构的侧面图；
[0038]图6b是表示根据本发明的另一个实施例的流动剥离部结构的侧面图；
[0039]图6c是表示根据本发明的另一个实施例的流动剥离部结构的侧面图；
[0040]图7是表示根据本发明的一个实施例的流动加速部结构的侧面图；
[0041]图8是表示根据本发明的一个实施例的船井的流动特性的侧面流动图；
[0042]图9是对现有的船井和根据本发明的实施例的船井内的自由水面进行比较的瞬间流动场对比图；
[0043]标号说明
[0044]3:用于抑制涡流的块体 30:流动稳定部
[0045]31:流动流入部32:流动平行部
[0046]33:流动剥离部34:流动加速部
[0047]40:再循环区域50:船井
[0048]SlO:外部流动
[0049]Sll:从船井船尾部边角流入至船井内的流动
[0050]VlO:涡流(Vortex) WlO:自由水面
[0051]Θ:根据流动稳定装置所剥离的流动的角度
[0052]Θ 1:流动流入部与船底底面构成的角度
[0053]Θ 2:流动平行部与船底底面构成的角度
[0054]A70:通过流动平行部和加速部之间的流动所通过的截面积
[0055]A71:通过流动剥离部和加速部之间的流动所通过的截面积【具体实施方式】
[0056]以下，结合附图对本发明的实施例的结构和作用进行详细说明，则为如下。在说明本发明的实施例方面，所相关的公知功能或者关于其结构的具体说明，被视为对本发明的主旨产生干扰时，将省略其详细说明。
[0057]图3是根据本发明的一个实施例的具有流动稳定部的船井的侧面图，如图所示，本发明构成有凹型流动稳定部30，其为了抑制通过外部流动SlO所产生的涡流，将用于抑制涡流的块体3的下部船底向船体上部凹进而形成，所述外部流动流入至垂直设置于钻井船船体的船井50，所述用于抑制涡流的块体3的下部船底从船井的船首部侧船底向船尾侧关出形成。
[0058]在所述用于抑制涡流的块体3的下部凹进而形成的凹型流动稳定部30包括:流动流入部31，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐增加，以便防止外部流动的剥离；流动平行部32，其形成为平行于船底或者与船底形成一定角度，以便保持通过流动流入部流入的流动；流动剥离部33，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐减小，以便对经过流动平行部的流动进行剥离。
[0059]另外，本发明还可包括流动加速部34，其设置为与流动平行部和流动剥离部的下方分离，以便使得通过所述流动平行部的流动S70移动至流动剥离部的同时加速流动S71。虽然未在图面上表示，但其至少构成为，在流动加速部的两侧末端或者包括有两侧末端的流动加速部上将多个托架或者支撑部件与流动稳定部的船底连接。换句话说，流动加速部构成为将板型部件通过托架或者支撑部件与船底连接。
[0060]以下，更具体地观察构成流动稳定部的各个结构。
[0061]图4a为表示根据本发明的实施例的流动流入部结构的侧面图，如图所示，构成流动稳定部30的初入部所凹进的流动流入部31相对船底倾斜为一定角度(Θ I)而凹进形成。在此，因为对从船底流入的流动进行剥离后不能产生再循环区域40，所以角度Θ I需保持在大于O度并小于30度的角度。
[0062]在此，不能产生再循环区域的原因有:当产生再循环区域时，会存在两种重要的问题。
[0063]第一，若产生再循环区域，从外部流入的流动无法随着流动流入部进入凹型结构中，因此凹型结构无法正常起到其作用。
[0064]第二，若产生再循环区域，在产生再循环区域的压力变小，从而作用于船体的阻力增加，因此船体的抵抗性能变差。
[0065]另外，图4b为表示根据本发明的另一个实施例的流动流入部结构的侧面图，如图所示，为防止流动的剥离并有效地将流动进行流入，可将流动流入部与船底间的连接部的形状形成为曲线形(R)。
[0066]如此操作，通过船底与流动流入部间形成的角，流动的流动变化更加自然地进行。
[0067]换句话说，在通过边角等产生流线的急剧的变化时，会产生急剧的压力梯度，所述急剧的压力梯度增加作用于船体的压力阻力，从而能够导致船舶的抵抗性能变坏的结果。因此，优选地设计为曲线形，从而对流线的急剧变化及由此产生的压力梯度进行最小化。
[0068]图5a为表示根据本发明的一个实施例的流动平行部结构的侧面图，如图所示，优选地，流动稳定部30的流动平行部32与船底构成平行的面，但是为了提高流动的效率，可与船底构成-10°?+10°的角度(Θ2)。
[0069]具体地，由于流动流入部相对船底具有特定的角度，所以从流动流入部流入的流动在具有一定程度的压力梯度和速度梯度的状态下，当具有所述压力梯度及速度梯度的流动直接流入至流动剥离部时，可能无法产生想要的抑制涡流的效果。因此，流动平行部的作用是对所述速度梯度和压力梯度进行最小化。但是，产生在流动流入部的压力梯度和速度梯度不仅受流动流入部的几何学角度的影响，还受从流动流入部的上流流入的流动的特性的影响，因此考虑所述两个因素来决定流动平行部的角度。换句话说，流动平行部的作用是调节通过流动流入部的流动，因此-10°?+10°的角度范围是充分的。若脱离此范围，反而在流动平行部产生压力速度梯度及压力梯度，从而产生相反效果的可能性大，因此优选地选取所述范围。
[0070]图5b是表示根据本发明的另一个实施例的流动平行部的结构的侧面图，如图所示，为了使得流动有效地进行，可将流动平行部和流动流入部(31)间的连接部形成为曲线形(R)。
[0071]如此操作，通过流动平行部与流动流入部间形成的角，流动的流动变化更加自然地进行。换句话说，如上所述，通过边角等对流线的急剧变化进行最小化，从而能够减小压力的阻力。
[0072]图6a至6c为表示根据本发明的多个实施例的流动剥离部的结构的侧面图，如图所示，流动剥离部33可形成为如图6a所示的直线型，也可形成为如图6b所示的曲线形，或者形成为如图6c所示的直线型与曲线形相结合的形状。
[0073]所述三种类型的形状中，若形成为如图6b所示的形状，根据流动平行部与流动剥离部间形成的角，流动的流动变化可更加自然地进行，若形成为如图6c所示的形状，在末端部的流动会加快的同时，产生剥离的效率变佳。
[0074]图7为表示根据本发明的一个实施例的流动加速部的结构的侧面图，如图所示，为了使得通过流动平行部32的流动S70移动至流动剥离部32同时加速流动S71，对流动加速部34的位置及角度进行调节并设置，所述流动加速部34设置为与船底分离并对流动进行导向。换句话说，将流动平行部32与流动加速部34间的截面积A70设置为大于流动剥离部33与流动加速部34间的截面积A71。
[0075]补充说明的话，当流动通过的面积变窄时，流动会加速，所述原理是在常识上已广为人知的事实，可视为与伯努利原理相同。只是，在本发明中，由于凹型结构，船底底面是凹进去的，所以存在一些空间，因此设置流动加速部，以便在所述空间里设置某种结构物，从而额外加速流动，但是由于其设置位置，换句话说，根据作为导向的流动加速部的基准点的角度和位置是相对的，为了加强其设置为止的客观性，所以用面积来表示。
[0076]图8为表示根据图4a至图7的各个实施例的船井的流动特性的侧面流程图。如图所示，可确认到流入至船井的流动S80通过根据本发明的构成流动稳定部的初入部的流动流入部流入至内侧S81，并且通过流动平行部S82，在流动剥离部进行剥离S83。
[0077]另外，以下表I表示了图1中所示出的作用在现有船井的阻力的平均值及标准偏差，和作用在本发明的流动稳定部的阻力的平均值及标准偏差。换句话说，通过数据解释来表示因船井内的流动干扰而产生的阻力，如果具有根据本发明的形成有流动稳定部的用于抑制涡流的块体，则可以确认到船井内的阻力的平均值和标准差分别减少37%和88%。[0078]【表1】
[0079]
【权利要求】
1.一种在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制润流的块体的钻井船，在船井内具有用于抑制涡流的块体的钻井船的方面，其特征在于: 将上述用于抑制涡流的块体的下部船底的一处向船体上部凹进加工，从而形成流动稳定部。
2.根据权利要求1所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于，包括: 流动流入部，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐增加，以便防止外部流动的剥离； 流动平行部，其形成为平行于船底或者与船底形成一定角度，以便保持通过流动流入部流入的流动； 流动剥离部，其形成为凹进的倾斜角沿着船尾方向逐渐减小，以便对经过流动平行部的流动进行剥离。
3.根据权利要求2所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于，还包括: 流动加速部，其设置为与流动平行部和流动剥离部的下方分离，以便使得通过上述流动平行部的流动移动至流动剥离部的同时加速流动。
4.根据权利要求2所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 上述流动流入部相对于船底倾斜为大于O度并小于30度的角度，从而凹进形成。
5.根据权利要求2或4所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 将上述流动流入部与船底间的连接部的形状形成为曲线形(R)。
6.根据权利要求2所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 上述流动平行部形成有一定角度并与船底形成-10度?+10度的角度。
7.根据权利要求2所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 将上述流动平行部与流动流入部间的连接部形成为曲线形(R)。
8.根据权利要求2所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 上述流动剥离部的形状可以选取直线型、曲线形或者直线型和曲线形的组合形状中的任意一种以上。
9.根据权利要求3所述的在船井内具有形成有凹型流动稳定部的用于抑制涡流的块体的钻井船，其特征在于: 对上述流动加速部的位置及角度进行调节后设置，以便流动平行部与流动加速部间的截面积大于流动剥离部与流动加速部间的截面积。
【文档编号】B63B1/32GK103748006SQ201280029183
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】李相奉, 李康勋, 安由原, 金炯宽, 郑锡湖, 郑容官, 权珉载 申请人:现代重工业株式会社