可移动海上钻井单元的制作方法

可移动海上钻井单元的制作方法
【专利摘要】描述了一种可移动海上钻井单元。该可移动海上钻井单元包括由四个或者四个以上立柱支承在潜水甲板上方的操作甲板。该潜水甲板可以是浮筒甲板或者是垫式甲板。其中在操作中，该可移动海上钻井单元的排水量与立柱总横截面面积之比至少为大约40公吨／平方米。该潜水甲板的两端各具有一凹部。推进器组设置在各凹部中。推进器组中的推进器沿纵向方向和横向方向相对于彼此错位设置。
【专利说明】可移动海上钻井单元
【技术领域】
[0001]本申请所描述的实施例涉及支持海上钻井活动的船只。更具体地说，本申请公开了用于钻井和修井的半潜船的实施例。
【背景技术】
[0002]石油和天然气的生产是一个上万亿美元的工业。在2010年，美国产的超过28%的石油和15%的天然气是在墨西哥湾生产的，其耗资约250亿美元。世界范围内，从2010年到2015年间，海上石油和天然气工业的投资和运营预算大约为每年2000亿美元。这个大规模而且活跃的工业需要能够在各种海水深度和条件下运行以提供钻井和/或修井功能的应用船只。该功能包括改变矿井的硬件状态或者几何形状，执行矿井诊断操作，或者进行矿井的生产管理。
[0003]这类钻探船通常称为可移动海上钻井单元，或简称为MODU。MODU的重要能力包括能够在各种海洋条件下稳定漂浮、能够在水中和陆上高效运输、能够与关键海道(如巴拿马运河和苏伊士运河)的兼容，以及能够提供通用舱面属具、船员住宿和生产空间。改进和提高MODU技术特征是一个持续的需要。
实用新型内容
[0004]本申请公开的实例提供了一种可移动海上钻井单元。该可移动海上钻井单元具有通过四个或者更多立柱支承在潜水甲板上的操作甲板，其中在操作中，可移动海上钻井单元的排水量与立柱总横截面面积之比至少为大约40公吨/平方米。该潜水甲板在每一端处各具有一凹部。推进器组设置各凹部中。推进器组中的多个推进器在纵向方向和横向方向上相对于彼此错位设置。
[0005]在上述实施例中，推进器突出到潜水甲板以下不超过大约两米。并且在上述实施例中，每个推进器传送至少大约3百万瓦特的功率。
[0006]该潜水甲板可以是浮筒甲板或者垫式甲板。该操作甲板可附接于与立柱成一整体的平台。操作甲板通常为盒式甲板，其可支承通常为油井修复船或者钻井船所具有的设备而无需重新设计甲板或者船壳。台架位于操作甲板中的开口之上，以提供到下甲板和到水面的通道。操作甲板上还可以支承一个或者两个起重机、以及管架和铺设区域。操作甲板还可以有直升飞机升降台、生活宿舍和/或者控制中心。
[0007]本申请公开的另一实施例提供了另一种可移动海上钻井单元。该可移动海上钻井单元包括:具有盒式结构的操作甲板；位于操作甲板下方的潜水甲板；将操作甲板支承在潜水甲板上方的多个立柱；位于潜水甲板的相对的两端处的凹部；以及位于所述潜水甲板的各凹部中的推进器组。
[0008]本申请公开的又一个实施例提供了又一种可移动海上钻井单元。该可移动海上钻井单元包括:潜水甲板，该潜水甲板在其下表面的两端各具有凹部；位于潜水甲板的各凹部中的两个或者更多推进器组，每个推进器组包括两个或者更多推进器，其中一推进器组中的每个推进器沿可移动海上钻井单元的纵向方向和横向方向与该推进器组中的每个其他推进器错位设置，并且推进器突出到潜水甲板的底表面以下不超过大约两米；盒式操作甲板，该盒式操作甲板通过多个中空且具有逐渐变细的棱角的长方形立柱支承在潜水甲板上方，其中多个中空立柱具有一总横截面面积，使得可移动海上钻井单元在操作中的排水量与多个立柱的总横截面面积之比至少为大约40公吨/平方米；以及与立柱成一整体的平台，该盒式操作甲板附接于该平台。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]为提供对本实用新型的上述特征的详细理解，参考实例对以上简要总结了的本实用新型进行更具体的描述，部分实例在附图中示出。然而，需要注意的是附图仅图示了本实用新型的典型实例，因此不应视为对本实用新型范围的限制。本实用新型可允许其他等效实例。
[0010]图1为根据本实用新型一实例的可移动海上钻井单元(“M0DU”)的侧视图。
[0011]图2A为根据本实用新型另一实例的MODU的端视图。
[0012]图2B为图2A所示的MODU的部分底视图。
[0013]图2C为图2A所示的MODU的部分截面图。
[0014]图3为图2A所示的MODU的俯视图。
[0015]图4为根据本实用新型的另一实例的MODU的侧视图。
[0016]图5为根据本实用新型的另一实例的MODU的端视图。
[0017]为了帮助理解，在条件允许的情况下，使用相同的附图标记指示各附图中的相同元件。可以想到在一实例中描述的元件可以用于其他实例而不需要特别说明。
【具体实施方式】
[0018]图1为根据本实用新型一实例的可移动海上钻井单元(MODU) 100的侧视图。该MODU100为半潜式，具有示出为在代表水面的基准线I下方的潜水甲板102。该M0DU100具有通过多个立柱106支承离开潜水甲板102的操作甲板104。
[0019]通常至少有四个立柱106将操作甲板104支承在潜水甲板102之上。不过，立柱106的数目可能为四个到八个之间。立柱高度160选定为用以提供所需的最大吃水深度，通常为操作吃水深度，同时还提供大于最大波高的甲板水面间隙。在图1所示的实例中，立柱高度160在大约15米和大约20米之间，例如，为大约18.5米。立柱106间隔开一定距离，该距离选为用以提供该钻探船M0DU100的稳定性。在图1所示的实例中，立柱在纵向方向和横向方向上对齐。就是说，与在图1中可见的每个立柱的中心线相交的直线或者平面与该钻探船的中心线纵向轴线相平行。同样地，立柱106也在与该钻探船M0DU100的中心线纵向轴线相垂直的方向上对齐。不过，立柱106也可以按其他方式对齐。例如，只要该钻探船的稳定性能够维持，立柱可以沿横向方向和/或纵向方向错位设置。
[0020]每个立柱106具有横向尺寸和纵向尺寸。该横向尺寸小于该纵向尺寸。立柱的尺寸选择成用于提供一个能够增强钻探船稳定性的立柱总横截面面积。在操作条件下，钻探船的排水量和立柱总横截面面积之比通常为至少大约40公吨/平方米，比如在大约40公吨/平方米和大约60公吨/平方米之间。例如，对于升沉周期在大约19秒到大约35秒——例如，大约20秒——为大约45公吨/平方米。图1所示的立柱106的横向尺寸为大约13米，纵向尺寸为大约14米。每个立柱106具有逐渐变细的轮廓以减少船体移动时的流体阻力，进而提高能源利用率。逐渐变细的部分可以是成角度的或成圆弧形的，或者是两者相结合的。在图1所示的实例中，逐渐变细的部分为与纵向方向和横向方向成大约为45%的角度。
[0021]该潜水甲板102可以是垫式甲板或者是多个浮筒，通常为两个浮筒。浮筒式甲板由于小而有效的液压面积而提供了更好的定位保持和更快的运输速度。浮筒式设计具有较低的总体重量，从而允许使用DP2推进系统。但是，垫式船体在防翻稳定性和船体运动特性方面具有优势，并且允许更窄的整个船只构造。浮筒和垫式船体通常是空心的以减少重量并提供空间用来安放操作设备，如压载泵和/或推进器的控制设备。浮筒和垫式船体可以是双壳的或者双皮的。浮筒的特征是圆形的表面，从而因为圆形的表面不像棱角那样产生应力点而减少流体阻力并提高结构强度。
[0022]潜水甲板102具有中部166和两个端部162。潜水甲板102在其中部166的厚度比在两个端部162的厚度大，因而每个端部162限定有凹部108。潜水甲板102在每个凹部108处的底表面164位于潜水甲板102在其中部166处的底表面120之上。凹部108在潜水甲板102的底表面120上方的高度119选定为用于提供安装一个或更多推进器组112的空间。推进器组112安装在每个凹部108的底表面164上。每个凹部108的底表面164在潜水甲板102的底表面120上方的高度通常在大约3米到大约10米之间，例如为大约5米。
[0023]每个推进器组112具有多个安装在凹部108的底表面164上的推进器114。推进器114从潜水甲板102的底表面120下方突出减去凹部108的高度119的距离118。因为推进器的伸出量减少，所以钻探船100能够在浅水中运行，并且运输钻探船100需要较少的平整工程。凹部高度119选定成提供所需的推进器在潜水甲板102的底表面120下方的伸出量，使得对进入推进器的水流和推进器的能源效率无负面影响。凹部高度119可在大约I米到大约6米之间，如在大约1.5米到大约4米之间，例如为大约2米。凹部还减小了拖带阻力。沿M0DU100的纵向方向的凹部长度通常选在小于大约35米，比如在大约5米到大约30米之间，例如为大约20米，从而提供推进器114所需的转动空间和推进器114有效操作所需的足够的水流区域。在各端，凹部108可以为相同的长度，或者可以为不同的长度。
[0024]每个立柱106具有一末端168，该末端168与潜水甲板102的端部162和中部166的相遇点对齐。这个安排简化了钻探船100的建造，但对其操作没有关键性影响。如有需要，只要在端部162和其与中部166的相接处上的机械应力得到适当控制，立柱106可以设于偏尚端部162和中部166相接处的位置。
[0025]在两端，潜水甲板102延伸超出操作甲板104的不多于大约10米。立柱106和操作甲板104可以具有共同的边界，或者操作甲板104可以沿纵向方向和/或横向方向延伸超出立柱106。在图1中，操作甲板104被示出为沿纵向方向延伸超出立柱106大约2米。立柱106相对于操作甲板104的位置放置取决于操作甲板104上的负载安排和稳定性考虑。在图1所示的实例中，操作甲板104超出立柱106的伸出量允许较大的操作区域，并且该伸出量是立柱横截面面积提供的稳定性所允许的。[0026]操作甲板104为包括多个甲板的盒式甲板结构。操作甲板104可以直接附接于立柱106，或者如图1所示，操作甲板104可附接于平台116，该平台116形成为立柱结构的一体式部分或者附接到立柱106上。在有些实例中，平台116对于提高结构刚度同时允许立柱106向操作甲板104的末端移动是有用的。在潜水甲板102为垫式甲板的情况下，当船只处于由基准线2所指示的运输高度时，垫式甲板可以提供宽敞的工作区。
[0027]在图1所示的M0DU100的总长度大约为104米，操作甲板104在潜水甲板102的底表面120上方大约34米。操作甲板104大约84米长。在所有运行模式下，钻探船具有正向稳心高度(metacentric height,或者GM)。在温和条件下稳定航行时，GM的最小值为2米。但是替代实例可实现为GM为零或者更大。M0DU100可以缩放到减小20%或者增大20%且具有大致相同的稳定性。当装备有双浮筒潜水甲板、八个3百万瓦特(MW) DP2推进器一每端各四个推进器一且在吃水深度为大约54英尺(16.46米)运行时，M0DU100预计能够在风速高至大约40海里/小时(KNOT)和表面流速高至大约3海里/小时(KNOT)的情况下在任意方向保持定位。100仍00完工后可以有20，000吨的排水量且运输排水深度小于大约10米，如小于大约8米，例如为大约7米。
[0028]操作甲板104上的设备可以根据具体要求配置。在图1所示的实例中，位于中央部位的台架152的侧面设有75吨的起重机154，直升飞机升降台156靠近宿舍158和桥结构156定位在操作甲板104的一端处。图1所示的M0DU100的操作甲板104具有大约3000平方米的净空间。
[0029]图2A为根据本实用新型另一实例的M0DU200的端视图。M0DU200的特征是具有两个浮筒202的浮筒实例。每个浮筒202具有推进器组112，每个推进器组112具有两个推进器114A和114B。单个推进器组112中的推进器114A/114B沿横向方向和纵向方向错位设置。图2B为一个浮筒202的底视图。图2B显示两个推进器114A/114B关于横向方向240和纵向方向230的横向错位和纵向错位。图2B所示的错位设置使通过推进器114A/114B的水流成流线型从而减少能源消耗。
[0030]立柱106隔开间隔206，间隔206是根据立柱106的尺寸和位置设定以使M0DU200具有所需的稳定性。在图2A的端视图中，操作甲板104的宽度大约为61米，立柱106之间的间隔206大约为35米。浮筒202比立柱206宽，以使各推进器组112中的推进器114之间具有足够的间隙，并且增强稳定性。在图2A中，每个浮筒202的宽度大约为16米，每个浮筒202的与纵向方向230相平行的中心线或者中心平面与相应立柱106的中心线或者中心轴线对齐。但是在其他实例中，浮筒202可相对于立柱106靠近M0DU200的中心轴线或者远离M0DU200的中心轴线错位设置，以根据需要调整稳定性和下表面宽度。
[0031]图2C是其中一个立柱106的截面图。每个立柱106具有内部空间222以允许用压载水控制操作甲板104在水面上方的高度。在操作状态，MODU100或者M0DU200的排水量可为至少三分之一的压载水，而在运输状态，排水量通常为小于大约10%的压载水。内部空间222还可以允许提供从操作甲板104到浮筒202或者在垫式示例中从操作甲板104到垫式甲板的通道的通行路径。每个立柱106的围壁220可以为双壳的或者双皮的以促进水从通行路径和设备区域的排出。每个立柱106具有逐渐变细的棱角224以增强流体动力性能，提高运输速度，改善位置保持，并减小拖带阻力。在图2A所示的实例中，棱角224形成45°角的锥度。不过，棱角224可以成任何角度的锥度以提供所需的流体动力性能。棱角224通常成角度在大约30°到大约60°之间的锥度。并且棱角224间该角度可以相同或者不同。替代成锥度，棱角224也可以成圆弧形，或者为成圆弧形和成锥度的组合。棱角224间可以以相同的方式或不同的方式构造轮廓。
[0032]成锥度的棱角224可以具有任意所需的长度从而限定棱角逐渐变细的程度。例如,如果图2C所示的范例立柱的尺寸228为14米，那么从立柱中心线226到棱角逐渐变细处的距离230可介于大约4米到大约6米之间，例如为大约55米。
[0033]图2A所示的M0DU200的特征在于第二起重机210，以增加应用能力。在这里描述的MODU钻探船的各实例——如M0DU100和M0DU200——可以不需要重新设计甲板或者船壳就转换成钻井船，因为这里描述的船壳和甲板设计在通常为钻井船特有的设备所增加的负载下具有足够的稳定性。
[0034]图3为根据另一实例的M0DU300的俯视图。图3中的M0DU300的特征在于邻近管架302和大搁置区域304设置在中央的台架152。操作甲板104中的开口 306通往下甲板操作结构，包括台架152下的钻台和月池。M0DU300包括与图1和2A相结合描述的船壳结构和稳定性特征，从而允许将起重机和其他占地面积大的设备移至操作甲板104的外围，留下相当大的工作空间。
[0035]图4是根据另一实例的M0DU400的侧视图。M0DU400和MODU钻探船100、200和300相似，并在立柱106之间增加了附加立柱410或者立柱对。可以添加立柱410或者包括立柱410的立柱对以在甲板重量增加的情况下增加承载力。也可以添加立柱以在MODU长度增加的情况下提高刚度和/或稳定性。M0DU100、200和300的长宽比通常介于大约1.5到1.8之间，例如为大约1.7。M0DU400的长宽比可以介于大约1.5到大约2.0之间，例如为大约1.9。
[0036]图5是根据另一实例的M0DU500的端视图。M0DU500的特征在于具有含三个推进器504的垫式甲板502。每一推进器504还可能是包括两个或者更多推进器的推进器组。如果需要，垫式甲板允许除在周边位置处的推进器504之外另外在中央位置设置推进器504以提高可操作性。垫式甲板502的特征是允许从台架进入的水通道的开口(没有显示)。垫式甲板502增加结构强度从而允许船只较窄。图5所示的实例的长宽比可介于大约1.5到大约2.5之间，例如为大约2.4。在一实例中，M0DU500的宽度不超过大约48米，从而允许穿行通过巴拿马运河。
[0037]虽然以上的描述与本实用新型的多个实例相关，但是可以在不脱离本实用新型的基本范围的情况下设计出本实用新型的其他和进一步的实例。
【权利要求】
1.一种可移动海上钻井单元，包括: 操作甲板，所述操作甲板通过四个或者更多立柱支承在潜水甲板上，该四个或者更多立柱具有一立柱总横截面面积，其中在操作中，所述可移动海上钻井单元的排水量与立柱总横截面面积之比至少为大约40公吨/平方米。
2.根据权利要求1的可移动海上钻井单元，其中所述潜水甲板具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部各包括至少两个推进器组，每个推进器组包含至少两个推进器。
3.根据权利要求2的可移动海上钻井单元，其中每个推进器组中的每个推进器相对于该推进器组中的其他推进器沿所述可移动海上钻井单元的纵向轴线和所述可移动海上钻井单元的横向轴线错位设置。
4.根据权利要求2的可移动海上钻井单元，其中所述推进器突出到所述潜水甲板以下不超过大约两米。
5.根据权利要求2的可移动海上钻井单元，其中每个推进器传送至少大约3百万瓦特的功率。
6.根据权利要求1的可移动海上钻井单元，其中所述潜水甲板延伸到所述操作甲板外不超过大约十米。
7.根据权利要求3的可移动海上钻井单元，其中每个立柱沿所述纵向轴线的尺寸大于沿所述横向轴线的尺寸。
8.根据权利要求4的可移动海上钻井单元，其中所述操作甲板为盒式甲板。
9.根据权利要求8的可移动海·上钻井单元，其中所述可移动海上钻井单元的操作排水量为至少三分之一的压载水量。
10.根据权利要求1的可移动海上钻井单元，其中所述可移动海上钻井单元的水平尺寸不超过大约48米。
11.根据权利要求3的可移动海上钻井单元，其中所述潜水甲板为浮筒甲板。
12.—种可移动海上钻井单元，包括: 具有盒式结构的操作甲板； 位于所述操作甲板下方的潜水甲板； 将所述操作甲板支承在所述潜水甲板上方的多个立柱； 位于所述潜水甲板的相对的两端处的凹部；以及 位于所述潜水甲板的各凹部中的推进器组。
13.根据权利要求12的可移动海上钻井单元，其中每个推进器组包括多个推进器，推进器组中的每个推进器相对于该推进器组中的每个其他推进器至少沿所述可移动海上钻井单元的至少两个正交轴线错位设置。
14.根据权利要求13的可移动海上钻井单元，其中所述多个立柱具有一总横截面面积，并且在油井操作中，所述可移动海上钻井单元的排水量与所述多个立柱的所述总横截面面积之比至少为大约40公吨/平方米。
15.根据权利要求14的可移动海上钻井单元，其中所述潜水甲板为浮筒甲板或垫式甲板。
16.根据权利要求15的可移动海上钻井单元，其中所述可移动海上钻井单元的横向尺寸不超过大约48米。
17.根据权利要求15的可移动海上钻井单元，其中所述推进器突出到所述潜水甲板的底表面以下不超过大约两米。
18.根据权利要求17的可移动海上钻井单元，其中所述立柱具有逐渐变细的横截面。
19.根据权利要求15的可移动海上钻井单元，其中所述立柱支承与所述立柱成一整体的平台，所述操作甲板附接于所述平台。
20.—种可移动海上钻井单元，包括: 潜水甲板，所述潜水甲板在其下表面的两端各具有凹部； 位于所述潜水甲板的各凹部中的两个或者更多推进器组，每个推进器组包括两个或者更多推进器，其中一推进器组中的每个推进器沿所述可移动海上钻井单元的纵向方向和横向方向与该推进器组中的每个其他推进器错位设置，并且所述推进器突出到所述潜水甲板的底表面以下不超过大约两米； 盒式操作甲板，所述盒式操作甲板通过多个中空且具有逐渐变细的棱角的长方形立柱支承在所述潜水甲板上方，其中所述多个中空立柱具有一总横截面面积，使得所述可移动海上钻井单元在操作中的排水量与所述多个立柱的所述总横截面面积之比至少为大约40公吨/平方米；以及 与所述立柱成一整体的平台，所述盒式操作甲板附接于所述平台。
21.根据权利要求20的 可移动海上钻井单元，其中每个凹部的下表面在所述潜水甲板的底表面上方的高度为大约3米到大约10米之间，所述立柱与所述潜水甲板成一整体。
22.根据权利要求21的可移动海上钻井单元，其中所述可移动海上钻井单元的运输状态吃水深度小于大约10米，并且每个凹部的长度在大约5米到大约30米之间。
【文档编号】B63B35/44GK203381779SQ201320078905
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年2月20日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】孙远慧 申请人:Tsc集团控股有限公司