一种船舶和钻井平台助浮系统及施工方法与流程

本发明涉及一种船舶和钻井平台助浮系统及施工方法。

背景技术：

随着世界造船业的繁荣和海洋石油事业的发展，大型船舶的建造吨位越来越大，如各种散货船、集装箱船等，以满足更大运输能力的需求，用于海洋石油开发的钻井平台的应用也日益增多，包括各种自升式平台、半潜式平台、浮式平台等。

船舶和钻井平台（以下简称为船舶平台）建造的自重逐渐增大，如十万吨级的集装箱船、总重量达25000吨的半潜式石油钻井平台等，船体的体积更加庞大，长达200多米、宽达80多米，这些船舶平台的建造基本采用船坞内建设的方式，从船坞出航至指定码头或航道水域，进行下一步的安装和试验等。受船坞本身容许建造能力的限制以及老式船坞结构设计的滞后性影响，在船舶平台的建造和出航的过程中经常会遇到由于船舶平台吃水深度大于航道或船坞的水深，从而导致船舶平台触底或船底与水底小于安全距离而无法出航或经过浅水水域到达指定地点，影响了船舶平台的出航和进一步的交付使用的进度，在某些造船厂也出现过船舶坐地搁浅、船底与水底障碍物碰撞从而损坏船体的惨痛事故。

解决这类问题的方法有四种方法：

第一种采用挖深航道的方法，即通过挖泥船等设备将航道挖深，达到需要的通航深度，这种方法施工周期特别长、费用特别高，尤其在对浅海区域进行挖深时，受水底地质结构的限制较大，碰上大型坚硬的礁石时，需要进行水下炸礁，水下清理石方量大，从而造成施工的安全性、周期长度控制和费用高等风险，其优点是一劳永逸，一次挖深后维持周期长。

第二种方法采用减少船舶自身重量的方法，即船舶平台建造主题结构后仅仅安装一部分设备，降低了出航的船体平台重量，从而降低吃水深度，出航后到达足够水深的水域再继续进行后期的安装和调试工作，这样就造成了建造场地的二次移位，某些安装工艺受到场地移位的影响而变得更加繁琐，某些设备的安装也进行移位，安装调试进度更受到限制，从而导致建造周期的加长和安装费用的增加，对提高项目的建造效益不利。这种方法的优点是小船坞也可以建造大船，实现小材大用的目的。

第三种方法是通过在平台上增加钢制浮箱产生浮力降低吃水深度，从而驶过浅水区域，这种方法主要适用于钻井平台的出航或运输。在实际中，增加建造钢制浮箱的费用相当昂贵，安装和拆除的周期长，花费在辅助设备如大型浮吊上的时间和费用很高，前期必须进行详细的设计，强度和稳定性的设计校核工作量大，对其中的固定连接、安装拆除更加繁琐，钢制浮箱箱体的结构复杂，焊接加工周期长，况且浮箱本身自重较大，在船坞或码头安装难度大，关键其提供的助浮浮力也十分有限，需要大吨位时，内部结构受力复杂，增加了变形破裂的风险，同时由于钢制浮箱为钢板焊接体，要求在水下具有较高的气密性的同时其表面硬度高，不能直接与船体相互接触，只能焊接在船体相应的位置，这就造成在拆除方面增加了操作难度，尤其在水下切割更增加了潜水员的操作限制，钢制浮箱一旦碰到船体，造成外油漆脱落或船体外壳板受力变形，将会造成意外的额外维修周期和费用等问题的产生。这种方法基本不具有很好的优点。

第四种方法是搭载半潜驳船出航，这种方法适合长距离的钻井平台的运输，其优点是操作简单安全可靠，将平台滑移到半潜驳船进行固定后即可出航，其最大的缺点是运输成本最高的，使用半潜驳船需要排船期，而且半潜驳船底部有动力系统，当航道很浅不能满足半潜驳船航行的吃水深度时，这种方法同样是无效的，强行航行的风险会导致驳船和船舶平台的共同搁浅。

从以上四种方法可以看出，各有优缺点，主要对项目的施工成本、周期和安装拆除的操作难度影响的程度不同。结合上述四种方法，从问题的根源分析需求，解决浅水出航的关键是增加船体的浮力，减小船体的吃水深度，从而满足航道的出航深度要求。

技术实现要素：

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种使用方便安全，维护费用低，控制可靠性高的船舶和钻井平台助浮系统及施工方法。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种船舶和钻井平台助浮系统，包括若干并排组合在一起的助浮单元体，每个助浮单元体包括两个左右对称且相间隔的柔性浮筒，两个柔性浮筒上均缠绕有编织成网格状的索套，并且两个索套之间连接有位于两个柔性浮筒之间底部且编织成网格状的兜底带，两个索套之间上方连接有辅助吊带，每个柔性浮筒均设置有充放气阀门，所有柔性浮筒共同连接有充放气系统。

上述充放气系统包括气源，每个助浮单元体的两个柔性浮筒的充放气阀门通过分管路连接有一个分控制阀，所述气源通过主管路分别与每个分控制阀相连接。

上述充放气系统包括气源，所述气源通过主管路连接有控制阀组，所述控制阀组通过分管路与每个柔性浮筒的充放气阀门连接，控制阀组包括若干电磁控制阀，所述电磁控制阀电连接有电气控制台总成。

上述柔性浮筒的中段为圆柱形，柔性浮筒两端设置有圆弧形的端面，所述充放气阀门设置在端面中心，所述索套包括环绕在柔性浮筒中段上的环形主带和环绕在柔性浮筒端面上的环向辅助带，所述环形主带和环向辅助带连接有沿柔性浮筒纵向延伸的纵向辅助带，所述兜底带包括相连接的横向兜带和纵向兜带，所述横向兜带与两个柔性浮筒上的环形主带一体连接，所述环形主带上设置有连接卸扣，所述环形主带、环向辅助带、纵向辅助带、横向兜带和纵向兜带均为扁平状。

每个柔性浮筒顶部均设置有一个辅助浮筒，所述辅助浮筒直径小于柔性浮筒。

上述控制阀组还包括压力溢流阀和排气阀。

上述船舶和钻井平台助浮系统的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，清理船体，组装助浮单元体，将助浮单元体整体横向拖入到船底，或用吊机吊到指定的安装位置，左右柔性浮筒分别位于船体的左右两侧进行布置；

步骤2，对浮筒进行充气，布置控制系统，连接气源，逐个对助浮单元体进行控制调试；

步骤3，开闸对船坞进行注水，当水深达到浮筒浸没50%左右时，停止注水，通过充放气控制系统对所有助浮单元体进行充气，控制充气速度和适当调整被充气浮筒的位置，开闸继续对船坞进行注水，水位达到助浮状态要求的水深；

步骤4，采用动力驱动或拖航方式将船沿航道行驶到指定水域，此水域应满足拆除助浮系统后的吃水深度，然后船体进行抛锚，并对助浮单元体进行缓慢放气，放气顺序按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体进行缓慢放气，船体缓慢下沉达工作的吃水深度；

步骤5，柔性浮筒放气后，辅助浮筒使柔性浮筒悬浮在水中，然后再拆除所有助浮单元体上部的辅助吊带和所有连接的管路，每个助浮单元体达到自由漂浮状态，脱离了船体底部，最后回收到陆地并进行检查保养。

上述船舶和钻井平台助浮系统的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，组装助浮单元体，然后采用拖船方式，在水下将助浮单元体纵向拖入到船底，左右浮筒分别位于船体的左右两侧；

步骤2，将电气控制台总成布置到船体甲板或其它方便控制的部位，并逐个对助浮单元体进行控制调试；

步骤3，对浮筒进行初步充气，按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体进行缓慢充气，当水深达到浮筒浸没20%左右时，连接上部的辅助吊带和连接卸扣，将浮筒紧紧的捆绑在船体上；

步骤4，通过充放气系统对所有助浮单元体进行第二次缓慢充气，按照先四角后中间的对称方式，船体在此过程中将上浮，达到拖航的吃水深度；当内压达到工作压力要求时，停止充气，稳定助浮状态；再次紧固每个助浮单元体上部的临时辅助吊带，达到拉紧状态，助浮状态平衡稳定；

步骤5，采用动力驱动或拖航方式将船沿航道行驶到指定水域，此水域应满足拆除助浮系统后的吃水深度，然后船体进行抛锚，并对助浮单元体进行缓慢放气，放气顺序按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体进行缓慢放气，船体缓慢下沉达工作的吃水深度；

步骤6，柔性浮筒放气后，辅助浮筒使柔性浮筒悬浮在水中，然后再拆除所有助浮单元体上部的辅助吊带和所有连接的管路，每个助浮单元体达到自由漂浮状态，脱离了船体底部，最后回收到陆地并进行检查保养。

本发明的有益效果是：1）左右对称布置的两个浮筒体，能实现助浮单元体的浮力平衡控制，如果一侧浮筒产生浮力大于另一侧时，会将另一侧的浮筒向水中拉入，从而加大另一侧的浮力，而这一侧上浮，减小浮力，从而实现浮力调节至静态平衡；

2）浮筒为柔性浮筒，充入气体量决定了浮力的大小，具有较好的浮力大小控制特性；

3）浮筒为柔性浮筒，不充气状态下可折叠，体积小重量轻，方便运输，安装方便，可缩短施工周期；4）网格状索套与浮筒壁、船体外壳接触面积大，压强小，减小了壳体的变形，有效保护船体的防腐层；5）通过增加网络型索套中的延长带可适应不同船体宽度的安装要求；6）浮筒可重复使用，投入费用低，维护费用低；7）可实现多组助浮单元体的并联控制和远程控制，提高控制精度和效率，控制的可靠性高，提升安全性。

附图说明

图1为本发明安装状态的结构示意图。

图2为本发明助浮单元体的立体结构示意图。

图3为本发明助浮单元体的侧面结构示意图。

图4为本发明独立充放气控制方式的结构示意图。

图5为本发明集中控制方式的结构示意图。

其中：10助浮单元体，100船体，50充放气系统，20横向兜带，21环形主带，22纵向辅助带，23连接卸扣，24环向辅助带，26纵向兜带，27辅助吊带，30柔性浮筒，30A辅助浮筒，31充放气阀门，32气源，33分管路，34分控制阀，35主管路，36电气控制台总成，37电磁控制阀，38压力显示装置，39压力溢流阀，40控制阀组，41排气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

如图1、2、3所示，本发明的一种船舶和钻井平台助浮系统，包括若干并排组合在一起的助浮单元体10，每个助浮单元体10包括两个左右对称且相间隔的柔性浮筒30，两个柔性浮筒30上均缠绕有编织成网格状的索套，并且两个索套之间连接有位于两个柔性浮筒30之间底部且编织成网格状的兜底带，两个索套之间上方连接有辅助吊带27，每个柔性浮筒30均设置有充放气阀门31，所有柔性浮筒30共同连接有充放气系统50。充放气系统50采用两种方式。

如图4所示，一种为独立充放气控制方式，充放气系统50包括气源32，每个助浮单元体10的两个柔性浮筒30的充放气阀门31通过分管路33连接有一个分控制阀34，气源32通过主管路35分别与每个分控制阀34相连接。

如图5所示，另外一种为集中控制方式，充放气系统50包括气源32，气源32通过主管路35连接有控制阀组40，控制阀组40通过分管路33与每个柔性浮筒30的充放气阀门31连接，控制阀组40包括若干电磁控制阀37，电磁控制阀37电连接有电气控制台总成36。柔性浮筒30的中段为圆柱形，柔性浮筒30两端设置有圆弧形的端面，充放气阀门31设置在端面中心，索套包括环绕在柔性浮筒30中段上的环形主带21和环绕在柔性浮筒30端面上的环向辅助带24，环形主带21和环向辅助带24连接有沿柔性浮筒30纵向延伸的纵向辅助带22，兜底带包括相连接的横向兜带20和纵向兜带26，横向兜带20与两个柔性浮筒30上的环形主带21一体连接，环形主带21上设置有连接卸扣23，环形主带21、环向辅助带24、纵向辅助带22、横向兜带20和纵向兜带26均为扁平状。每个柔性浮筒30顶部均设置有一个辅助浮筒30A，所述辅助浮筒30A直径小于柔性浮筒30。控制阀组40还包括压力溢流阀39和排气阀41，还安装了压力显示装置38。

本发明在船体100安装的步骤如下：

1）清理船体100：

将船体100底部尖锐物体、焊接残余件清除，尽量避免尖锐物对浮筒筒体的刺扎；

2）助浮单元体10的组装

将不充气的浮筒体和网络型索套进行安装，连接卸扣23形成两个浮筒连接在一起的整体结构，并安装浮筒两端的集成充放气阀体；每个浮筒所配置的辅助浮筒30A安装外部的网套结构件，并按设计压力进行充气，然后通过卸扣或吊带索具将辅助浮筒30A连接到主浮筒上；

3）拖入助浮单元体10

将助浮单元体10整体横向拖入到船底，或用吊机吊到指定的安装位置，左右浮筒分别位于船体100的左右两侧进行布置；

4）对浮筒进行充气

连接每个浮筒临时充放气管路，通过空压机气源32对浮筒进行初步充气，充气至初步刚度后，连接上部的辅助吊带27和卸扣，将浮筒紧紧的捆绑在船体100的两侧壁上，然后拆除临时充放气管路；

5）重复安装其他助浮单元体10

按照上述步骤在其他指定位置重复安装其他助浮单元体10；

6)布置控制系统

按集成充放气控制系统的设计要求安装、整理连接充放气管路和压力监测管路到控制台，将控制台布置到船体100甲板或其他方便控制的部位；

7）控制调试

连接气源32，逐个对助浮单元体10进行控制调试，包括远程控制方式以及应急手动控制方式，排除问题至正常工作状态；

8）船坞注水

开闸对船坞进行注水，当水深达到浮筒浸没50%左右时，停止注水，此时，浮筒提供初步的助浮力，网套在船体100实现紧密兜底和接触；

9）工作状态调整

通过充放气控制系统对所有助浮单元体10进行充气，控制充气速度和适当调整被充气浮筒的位置，当浮筒内压达到工作压力要求时，停止充气，稳定助浮状态；

10）紧固助浮单元体10

再次紧固每个助浮单元体10上部的临时辅助吊带27，达到拉紧状态，助浮状态平衡稳定；

11）船坞再次注水

开闸继续对船坞进行注水，水位达到助浮状态要求的水深，此过程应缓慢，船体100在此过程中将漂浮离开船坞底部，达到拖航出船坞的吃水深度；

12）拖航

采用动力驱动或拖航方式将船沿航道行驶到指定水域，此水域应满足拆除助浮系统后的吃水深度，然后船体100进行抛锚；

13）放气

对助浮单元体10进行缓慢放气，放气顺序按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体10进行缓慢放气，船体100缓慢下沉达工作的吃水深度；

14）拆除

主浮筒放气后，因自重而沉入水中，但由于上部的辅助浮筒30A连接在主浮筒上，从而导致主浮筒悬浮在水中，然后再拆除所有单元体的上部辅助吊带27和所有连接的管路，每个助浮单元体10达到自由漂浮状态，脱离了船体100底部；

15）回收

助浮单元体10的回收有两种方式，一种是逐个将助浮单元体10从船体100的纵向拖出来，采用拖船或卷扬机牵引等方式；另一种方法是将船体100航行离开本次的施工区域，然后就剩余漂浮的各组助浮单元体10了，然后用小型驳船等进行回收；

回收可以采用现场起吊到船舶的方式，也可采用拖航到浅水区域再回收的方式，前者现场的施工工作量大，使用的设备多，后者使用的设备少，采用小船就可将其拖回到码头等浅水区域，岸上吊装比较方便。

16）检查保养

浮筒单元体回收到陆地后，逐个展开检查，包括筒体受损情况、网套磨损情况和充气阀体的磕碰情况等，并按维护规范逐项进行保养，晾干后分类整理折叠包装，以备下次重复使用。

本发明在钻井平台或码头内安装的步骤如下：

本方式需在码头内进行安装调试，特别适用于码头场地有限制的情况下进行施工。

1）助浮单元体10的组装

在陆地或工作船甲板上，将不充气的浮筒体和网络型索套进行安装，连接卸扣23形成双筒一体结构，安装浮筒两端的集成充放气阀门31和相连接的充放气管路系统；辅助浮筒30A充气后，连接辅助浮筒30A到主浮筒上并进行紧固；

2）拖入助浮单元体10

采用拖船方式，在水下将助浮单元体10纵向拖入到船底，左右浮筒分别位于船体100的左右两侧，涉及到水下施工，应遵守相关的水下施工标准规范的要求；

3）重复安装其他助浮单元体10

按照上述步骤在指定位置重复安装其他助浮单元体10；

4)布置控制系统

整理连接充放气管路和压力监测管路到控制台，将控制台布置到船体100甲板或其他方便控制的部位

5）控制调试

通过控制台逐个对助浮单元体10进行控制调试，包括远程控制方式以及应急手动控制方式，排除问题至正常工作状态；

6）充气

对浮筒进行初步充气，按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体10进行缓慢充气，当水深达到浮筒浸没20%左右时，连接上部的辅助吊带27和卸扣，将浮筒紧紧的捆绑在船体100上；

7）工作状态调整

通过充放气控制系统对所有助浮单元体10进行第二次充气，控制充气速度，按照先四角后中间的对称方式，此过程应缓慢，船体100在此过程中将上浮，达到拖航的吃水深度；当内压达到工作压力要求时，停止充气，稳定助浮状态；

8）紧固助浮单元体10

再次紧固每个助浮单元体10上部的临时辅助吊带27，达到拉紧状态，助浮状态平衡稳定；

9）拖航

采用动力驱动或拖航方式将船沿航道行驶到指定水域，此水域应满足拆除助浮系统后的吃水深度，然后船体100进行抛锚；

10）放气

对助浮单元体10进行缓慢放气，放气顺序按照先四角后中间的对称方式同时对各个助浮单元体10进行缓慢放气，船体100缓慢下沉达工作的吃水深度；

11）拆除

主浮筒放气后，因自重而沉入水中，但由于上部的辅助浮筒30A连接在主浮筒上，从而导致主浮筒悬浮在水中，然后再拆除所有单元体的上部辅助吊带27和所有连接的管路，每个助浮单元体10达到自由漂浮状态，脱离了船体100底部；

12）回收

助浮单元体10的回收有两种方式，一种是逐个将助浮单元体10从船体100的纵向拖出来，采用拖船或卷扬机牵引等方式；另一种方法是将船体100航行离开本次的施工区域，然后就剩余漂浮的各组助浮单元体10了，然后用小型驳船等进行回收；

回收可以采用现场起吊到船舶的方式，也可采用拖航到浅水区域再回收的方式，前者现场的施工工作量大，使用的设备多，后者使用的设备少，采用小船就可将其拖回到码头等浅水区域，岸上吊装比较方便。

13）检查保养

浮筒单元体回收到陆地后，逐个展开检查，包括筒体受损情况、网套磨损情况和充气阀体的磕碰情况等，并按维护规范逐项进行保养，晾干后分类整理折叠包装，以备下次重复使用。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。