具有可移动悬臂的海上系统的制作方法

本发明涉及一种海上系统，其包括可移动的悬臂，该可移动的悬臂可在悬臂的纵向方向上在缩回位置与伸出位置之间移动，并且可围绕大体上竖直的旋转轴线旋转。

背景技术：

在设计海上系统时遇到的一个普遍问题是，将悬臂的操作端部定位在甲板之外将会导致相对较大的弯曲力矩，并因此导致使得相对较高的负载施加至从甲板支撑悬臂的支撑结构。如果悬臂不仅可沿纵向方向移动，而且还可围绕大体上竖直的旋转轴线旋转，则这就需要更多的注意。

具有可移动和可旋转悬臂的现有技术的海上系统在本领域中是已知的，但是这些系统被认为是不令人满意的。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种改进的海上系统。

该目的通过提供根据权利要求1所述的海上系统来实现，其中海上系统包括：

-船，其具有甲板；

-悬臂，其安装在甲板上并且相对于甲板在悬臂的纵向方向上在缩回位置与伸出位置之间是可移动的，并且所述悬臂相对于甲板围绕大体上竖直的旋转轴线是可旋转的，

-致动器，其在纵向方向移动悬臂并围绕旋转轴线旋转悬臂，

其中所述旋转轴线由布置在所述悬臂的一个端部处的单个滑动及旋转组件提供，所述滑动及旋转组件包括安装至甲板的固定部件和安装至悬臂的滑动部件，其中，所述滑动部件布置成当所述悬臂在纵向方向上移动时在所述悬臂的纵向方向上相对于所述固定部件滑动，其中固定部件和/或固定部件与滑动部件的组合被构造为形成允许悬臂相对于甲板旋转的旋转轴线，其中滑动组件布置在悬臂的另一端部处支撑悬臂，并且在悬臂沿纵向方向移动的过程中允许悬臂相对于甲板沿悬臂的纵向方向滑动，并且滑动组件在悬臂相对于甲板的旋转过程中沿垂直于纵向方向的横向方向相对于甲板滑动。

使用具有安装至甲板的固定部件和安装至悬臂的滑动部件的单个的滑动及旋转组件的优点在于旋转轴线相对于甲板是固定的，使得在向着伸出位置移动所述悬臂时，与旋转轴线与悬臂一起移动的现有技术解决方案相比，滑动组件与旋转轴线之间的弯曲臂保持基本恒定，从而允许将施加到滑动及旋转组件的载荷保持在一定的限制内。

在一个实施方案中，滑动及旋转组件的固定部件包括静止部件和可旋转部件，静止部件与可旋转部件之间形成轴承从而形成大体上竖直的旋转轴线。所述轴承可以是旋转轴承。

这允许在滑动及旋转组件中分离滑动功能和旋转功能，从而提供更多的设计自由度。

在一个实施方案中，滑动及旋转组件的滑动部件包括一个或多个轨道，所述一个或多个轨道与布置在所述滑动及旋转组件的固定部件的可旋转部件上的滑动靴形件接合。

在一个实施方案中，在船与悬臂之间设置用于电力和/或流体输送的电缆和/或软管，所述电缆和/或软管延伸穿过所述滑动及旋转组件。以这种方式，悬臂相对于甲板在电缆和/或软管上的移动和旋转的影响是最小的。

在一个实施方案中，所述悬臂包括操作端部和与所述操作端部相对的内端部，所述操作端部在所述悬臂的延伸位置上延伸超出所述甲板。

在一个实施方案中，所述滑动及旋转组件位于所述悬臂的内端部处，所述滑动组件位于所述悬臂的操作端部处。

在一个实施方案中，设备定位于所述悬臂的内端部处，用于向位于所述悬臂的操作端部处的设备提供配重。

在一个实施方案中，所述滑动组件包括：悬臂轨道，其布置在所述悬臂上并在纵向方向延伸；甲板轨道，其布置在所述甲板上并大体上在横向方向延伸；甲板滑动靴形件，其与所述甲板轨道接合；以及悬臂滑动靴形件，其与所述悬臂轨道接合并布置在所述甲板滑动靴形件的顶部。

在一个实施方案中，所述致动器布置在悬臂滑动靴形件和/或甲板滑动靴形件上。

在一个实施方案中，所述甲板轨道具有曲率半径以及与所述旋转轴线重合的相应的圆心。这可以具有如下优点，即悬臂滑动靴形件与甲板滑动靴形件之间的定向可以被固定，并且因此悬臂及甲板滑动靴形件可以根据需要整合在一起。

在一个实施方案中，所述致动器包括第一致动器，所述第一致动器具有用于相对于所述悬臂滑动靴形件在纵向方向上移动所述悬臂的齿条和小齿轮构造，其中所述齿条布置在悬臂上，包括小齿轮的驱动器的小齿轮安装至悬臂滑动靴形件。

在一个实施方案中，所述致动器包括第二致动器，所述第二致动器具有用于相对于所述甲板移动所述甲板滑动靴形件的齿条和小齿轮构造，其中所述齿条布置在所述甲板上，包括小齿轮的驱动器的小齿轮安装至甲板滑动靴形件。

在一个实施方案中，所述船包括细长形的船体，所述船体具有尾端以及前端，并且其中悬臂的纵向轴线大体上平行于细长形的船体的纵向轴线，使得处于伸出位置上的悬臂延伸超出船体的尾端。

在一个实施方案中，所述船包括具有腿部的自升式系统以相对于水体的底部提升船的船体。

在一个实施方案中，所述自升式系统包括四个腿部，其中两个腿部在所述船体的尾端处，而另外两个腿部在所述船体的前端处，其中所述悬臂(例如在其任意纵向轴线位置)在船体尾端的两个腿部之间延伸或布置在船体尾端的两个腿部之间。例如，该船是具有沿着船体的左舷侧的两个腿部和沿着船体的右舷侧的两个腿部的单体船，例如具有可在船体的船尾之上延伸的悬臂，并具有在船的船首处的住舱及桥楼结构。

悬臂的操作端部可以用于容纳或设置有用于进行海底钻井孔相关活动(例如钻井、维修、海底钻井孔的填井和弃井)的钻塔、起重机、用于钻井和其他活动的多功能塔或任何其他设备。

所述悬臂可以包括细长形的主体，所述主体具有两个竖直主侧壁、形成顶部甲板的顶壁以及底壁。

悬臂的底壁可以设置有一个或多个轨道，所述一个或多个轨道固定至悬臂并且平行于悬臂的纵向轴线延伸。固定在悬臂底部上的所述一个或多个轨道接合布置在滑动及旋转组件的固定部件的可旋转部件上的相应滑动靴形件。轴承布置成允许可旋转部件围绕竖直旋转轴线旋转。例如悬臂在其底部具有凹部，其例如为沿着该凹部的纵向轴线的细长的凹部，其中所述一个或多个轨道布置在所述凹部中。

设备，例如与钻井相关的设备，如(泥浆)储罐、泥浆处理设备等也可以故意定位在内端部以在操作端部处形成设备的配重。例如，钻塔布置在操作端部处。例如操作端部包括通过悬臂的船井。

本发明还涉及进行海底钻井孔相关活动的方法，例如，钻井、维修和/或钻井孔的填井和弃井，其中使用如本文所述的海上系统，并且其中所述悬臂的纵向和旋转运动用于将悬臂(例如在其操作端部上的设备)与钻井孔对齐。

附图说明

现在将通过参考附图以非限制性的方式来描述本发明，其中相同的部件由相同的附图标记表示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本发明的实施方案的海上系统的俯视图；

图2A和图2B更详细地示意性地描绘了图1的海上系统的滑动及旋转组件；

图3A和图3B更详细地示意性描绘了图1的海上系统的滑动组件；

图4A和图4B示意性地描绘了根据本发明的另一实施方案的海上系统的滑动及旋转组件；

图5示意性地描绘了根据本发明的另一实施方案的海上系统的滑动组件。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明实施方案的海上系统的俯视图，其包括具有甲板DE的船VE以及安装在甲板DE上的悬臂CA。

该实施方案中的船是具有细长形船体HU的单体船，但是本发明可以应用于任何类型的船，包括但不限于半潜式平台、自升式平台、驳船等。

该船配备了自升式系统以将船至少部分地从水中提升。该实施方案中的自升式系统包括四个腿部LE，所述四个腿部LE以矩形构造布置并且被构造成当所述腿部相对于船体向下移动时相对于水体的底部提升船体。

所描绘的船是单体船，其具有沿船体的左舷侧的两个腿部LE和沿着船体的右舷侧的两个腿部的单体船，具有可在船体的船尾上方延伸的悬臂，并具有在船首的甲板上方升起的住舱及桥楼结构(未示出)。

矩形构造使得两个腿部LE布置在船的尾端AE(即船尾)处，并且另两个腿部LE布置在船的前端FE(即船首)处。自升式系统的其它构造(例如取决于船)也是可能的。一个示例是三角形平台，在该三角形平台的每个角部处都有一个腿部。

船的细长形船体HU具有纵向轴线LAH，并且悬臂CA具有基本平行于船体HU的纵向轴线LAH的纵向轴线LAC。

悬臂CA相对于在缩回位置(在图1中以实线示出)与伸出位置(在图1中以虚线示出)之间的甲板在平行于悬臂的纵向轴线LAC的悬臂CA的纵向方向LD上是可移动的。

另外，如箭头R所示，悬臂CA相对于甲板围绕大体上竖直的旋转轴线SA是可旋转的。

设置致动器(未示出)以沿着纵向方向LD移动悬臂CA并围绕旋转轴线SA旋转悬臂CA。

现在将参考图2A和图2B，其更详细地描绘了设有旋转轴线SA的图1的海上系统的滑动及旋转组件。图2A描绘了在平行于纵向方向LD的方向上所看到的滑动及旋转组件的截面图，其中图2B描绘了在平行于横向方向TD(参见图1，其垂直于纵向方向LD)的方向上所看到的滑动及旋转组件的截面图。

所述滑动及旋转组件包括安装到甲板DE的固定部件和安装到悬臂CA的滑动部件。在该实施方案中，所述固定部件是在其俯视图中具有圆形形状的头部H，其通过较薄部件TP连接至甲板DE，所述滑动部件具有沿纵向方向LD延伸的凹槽GR，固定部件的头部H容纳在凹槽GR中，使得头部H和凹槽GR能够相互施加竖直力，优选在两个方向上都施加竖直力，从而支撑悬臂并且防止悬臂在伸出位置上落入海中。

凹槽GR和头部H能够相对于彼此旋转，从而形成旋转轴线SA。此外，由于凹槽GR沿纵向方向延伸，因此在凹槽和头部保持相互接合时，允许悬臂在纵向方向上移动。

滑动及旋转组件从甲板DE的一个端部(在这种情况下是悬臂的内端部IE)处支撑悬臂，而海上组件还包括在相对的端部(在这种情况下是悬臂的操作端部OE)处支撑悬臂的一个或多个滑动组件。该滑动组件在图3A和图3B中更详细地示出。

根据本发明的滑动及旋转组件的优点在于，旋转轴线SA相对于甲板固定，使得在旋转轴线SA与悬臂的操作端部OE处的滑动组件之间的距离L独立于悬臂相对于甲板的位置而始终保持相同。

图3A描绘了滑动组件的侧视图。滑动组件的功能之一是在悬臂沿纵向方向移动过程中允许所述悬臂在悬臂CA的纵向方向LD上相对于甲板DE滑动，并且在悬臂的旋转过程中允许悬臂相对于甲板DE沿垂直于纵向方向LD的横向方向TD滑动。

在图3A和图3B的实施方案中，滑动组件包括：悬臂轨道CR，其布置在悬臂CA上并沿纵向方向LD延伸；甲板轨道DR，其布置在甲板DE上并基本沿横向方向TD延伸；甲板滑动靴形件DSS，其与甲板轨道DR接合；以及悬臂滑动靴形件CSS，其与悬臂轨道CR接合并布置在甲板滑动靴形件DSS的顶部。

如图1所示，当甲板轨道DR是直的并且平行于横向方向TD延伸时，优选悬臂滑动靴形件CSS与甲板滑动靴形件DSS能够在悬臂的旋转过程中相对于彼此旋转(如沿着旋转定向)，悬臂的纵向轴线可不再垂直于甲板轨道DR。

图3B描绘了船VE的尾端AE的俯视图，示出了悬臂CA和甲板轨道DR。在虚影中示出了两个滑动组件，其使用甲板滑动靴形件DSS和悬臂滑动靴形件CSS从甲板轨道DR来支撑悬臂。

图4A和图4B描绘了根据本发明另一实施方案的滑动及旋转组件。与图2A和图2B中的实施方案类似，所述滑动及旋转组件包括连接至船的甲板DE的固定部件和连接至悬臂CA的滑动部件。

但是，图4A和图4B中的固定部件包括安装至甲板DE的静止部件SP和可旋转部件RP，静止部件SP和可旋转部件RP之间具有轴承BE(即旋转轴承)，从而形成大体上竖直的旋转轴线SA。

悬臂CA上的滑动部件包括一个或多个轨道，在该实施方案中，两个轨道R与相应的滑动靴形件SS接合(其布置在滑动及旋转组件的固定部件的可旋转部件RP上的)。这允许悬臂相对于滑动及旋转组件的固定部件在纵向方向LD上移动，同时轴承BE允许悬臂围绕旋转轴线SA旋转。因此，滑动及旋转组件能够有效地支撑悬臂，并同时允许悬臂移动和旋转。

在该实施方案中，两个轨道R在横向方向TD上彼此相距一定距离设置，该距离大体上对应于轴承BE的直径，使得由悬臂施加至固定部件的可旋转部件的力被有效地传递到轴承BE并进而传递到甲板DE，从而使变形最小化。

图4A和图4B还描绘了悬臂可以包括具有两个竖直主侧壁的细长形主体、形成顶部甲板的顶壁(例如包括钻塔的海底钻井设备位于所述顶部甲板上)和底壁。

在该示例中，悬臂在其底部具有凹部(例如沿凹部的纵向轴线的长形凹部)，所述一个或多个轨道布置在所述凹部中。这些固定在所述凹部中的悬臂上的一个或多个轨道与相应的滑动靴形件(其布置在滑动及旋转组件的固定部件的可旋转部件上)接合。

图5描绘了根据本发明另一实施方案的用于海上系统的滑动组件。图5只示出了悬臂CA，在该图中没有明确示出甲板DE。如图3B所示，海上系统包括两个滑动组件，悬臂的每侧上均有一个滑动组件。但是，如图3B所示，这些滑动组件将共用至少一个部件。

每个滑动组件包括：悬臂轨道CR，其布置在悬臂CA上并且沿纵向方向LD延伸；悬臂滑动靴形件，其与悬臂轨道CR接合；以及甲板滑动靴形件DSS，其与布置在甲板上的共用的甲板轨道DR接合并且大体上在垂直于纵向方向LD的横向方向TD上延伸。悬臂滑动靴形件布置在甲板滑动靴形件的顶部。

本实施方案中的甲板轨道是弧形的，即圆的一部分，其中曲率半径和相应的圆心与悬臂CA的旋转轴线SA一致，其优点是使用滑动组件围绕旋转轴线旋转悬臂不会改变甲板滑动靴形件相对于悬臂滑动靴形件的定向，从而这些部件可以整体化或刚性连接。

在该实施方案中，滑动组件还包括用于移动和旋转悬臂的致动器，其中所述致动器包括在每个滑动组件处的第一致动器，该第一致动器具有用于在纵向方向上相对于悬臂滑动靴移动悬臂CA的齿条和小齿轮构造，其中齿条RA1布置在悬臂CA上，而包括小齿轮的驱动器D1、D2的小齿轮安装至悬臂滑动靴形件。

所述致动器还包括在每个滑动组件处的第二致动器，该第二致动器具有用于在横向方向TD上相对于甲板移动甲板滑动靴形件DSS的齿条和小齿轮构造，其中齿条RA2布置在甲板上，而包括小齿轮的驱动器D3的小齿轮安装至甲板滑动靴形件DSS。

由于甲板轨道DR的弧形形状，因而第二致动器的齿条RA2也是具有相似曲率半径的弧形。由于甲板轨道DR是共用的，所以在该实施方案中齿条RA2也是共用的。

本领域技术人员将认识到，虽然已经参照附图描述了具体实施方案和示例，但是本发明并不限于这些具体实施方案和示例，并且技术人员可以对这些特征进行变化或改变，但仍落在权利要求书中所要保护的范围内。

其示例是：

-在适用的情况下交换轨道和滑动靴形件；

-滑动及旋转组件可以设置在操作端部，而该滑动组件或多个滑动组件可以设置在内端部处；

-更换轨道和滑动靴形件用于其他类型的轴承；

-更换致动器用于其他构造(其中包括其他滑动系统)；以及

-将滑动组件与致动器分离。

并未具体说明悬臂的用途和目的，但悬臂的操作端部可用于容纳钻塔、起重机、多功能塔或任何其他设备。设备也可以故意定位在内端部以在操作端部处形成设备的配重。