专利名称：差别柔量锚固定位系统的制作方法
由于在越来越深的深水中发现油田，现在有必要开发能够有效地在这些新的水深处运行并且安装和维修成本低的生产系统。
本发明适用于海洋转运油库，其位于需要将油船定位以接收近海油田产品的地方。
本发明的定位系统使按照在此所建议的概念所锚固的油船能够移动，以便较好地适应环境变化。
在巴西，要通过海洋转运油库的运转运走的石油占全国石油产量的30％。在最公知的生产系统中，使用三种基本类型的海洋转运油库，即，浮筒架、单浮筒和锚固架。
在浮筒架系统中，油船通过缆索锚固在6至7个浮筒上，而这些浮筒又锚固在海底。该船通过漂浮的柔性管道接收钻井平台上产出的石油。由于该系统离岸操作，受到环境条件的影响，所以需严格遵守安全规则。例如，船与平台必须相对于海流并排定位，使得当一条缆绳断开时船与平台不会互相碰撞。
当油船是满的时，另一只(卸载)小船在第一只船的侧面锚固在其的两个系泊浮筒上并由两个拖船定位，第一油船内的石油通过联接两船的柔性管道传送到卸载船上。
这种系统的缺点是输送和/或排放石油产品的管道受到环境条件的影响，无论是船还是平台一般都受到非常坏的海况的严重影响。因此，船的漂浮量很大，必须使用当船偏离其原始位置时能够随船一起移动的漂浮的柔性管道。
另一缺点是，如果管道破裂，所有的油都会流入海中。此外，还会由于停止生产而引起经济损失，并造成严重的环境污染。
单浮筒型系统由一通过6-8根锚索锚固在海底的漂浮圆柱体构成，圆柱体包括一固定的下部和一可动的上部，生产管线(竖管)通到下部，上部上有一转台。油船通过缆索系在圆柱体上。转台上带有一支撑系统，它使船即使在系在单浮筒时也能围绕单浮筒转过360°。
水下管线通过海底从平台通向船，从水下管线向上伸出一柔性管(竖管)，该柔性竖管由一浮标支撑，该浮标密封地联接于单浮筒。在单浮筒中有一“旋转”装置，其能够将轴向(竖直)流动转换成径向(水平)流动，使产品能够排放到船中。这一转换借助于一柔性软管进行。
这种系统的缺点是流体密封的旋转装置维修成本很高，因为当旋转装置出问题时需停产才能进行更换。
锚固架系统被考虑为对浮筒架系统的一种改进，因为在这种情况下船自身锚固在海底。该系统的优点是船固定得较好，因此减小了倾斜的危险，这样，水下管线就能通到船上。尽管如此，海况的影响还是很明显的。
更近期发展了一种“转塔”系统，在该系统中，一单浮筒安装在船上，该单浮筒具有各种等级的同心密封并在高压下工作。该系统也能使船转过360°，但由于该系统的复杂性，当单浮筒破坏或损坏时必须将船送入干船坞。
本发明的一个目的是提供一系统，其能够解决上述问题，并且具有有效、建造成本低、安全、安装简单、减少维修和可靠性高的优点。
本发明的另一个目的是提供一种利用船的锚固定位的系统，该系统的基础是锚索的分布和设置，这些缆索限定锚固系统的刚度差别程度。该系统应该使船能够移动，以适应环境的变化，避免完全平行(迎风)和完全横向(横切风向)的情况。
按照本发明，提供一采用差别柔量锚固对船定位的系统，其允许船端有不同的移动，以适应海况的变化，该系统包括需从一平台向其内装入近海油田产品的油船和连接于该油船的锚索，所述定位系统的特征在于油船通过锚索锚固，至少一些锚索包括交替的锚链和缆索段，所述定位系统使船的一端能够移动；锚索的长度、弹性和几何结构的设置由环境条件、系统安装海域的水深、船的吨位和船的艉和艏部所允许的运动所确定。
本发明基于一种新的观念，在此我们称之为差别柔量(由利用市售软件进行的参数研究开发，并已进行实物实验)。
在本项研究中，在位于巴西桑托斯弯的Caravela油田进行了实验，该油田水深大约为200m。至于安全性，符合所有操作浮筒架系统时的规则，每年只可能发生一次由于不利的气候条件而引起的“偏离站”的意外事故。
实践证明，包含一混合体系的锚索(锚链与钢绳或缆索交替)比只包含锚链的锚索的刚度要大。这意味着，如果在这些锚索上施加同样的张力，包含锚链和缆索的混合体系的锚索比只包含锚链的锚索在水平方向上移动的距离短，尽管锚链较沉。
基于这种观察结果，按照本发明的船定位系统包括由锚链和缆索的一混合系统构成的锚索。
使用这种系统的直接结果是船能够“适应”海况的变化。由于这样使得船的一端能够移动，所以船能够转动足够的角度以适应新的海况，并且不会被海浪冲走。运动的自由度是锚索的结合作用和锚索的弹性和/或其结构的变化的一个函数。
设计了各种实验来研究本发明所建议的锚固系统受到不利的环境条件，例如风、波浪和海流时的性能，并求出在这些锚索中的应力。
为了选择实验，进行一种数字模拟，其目的是确立计算机程序中最适合的系数，以便能够推断和预测所建议的系统在不同环境条件下、不同的水深和用于不同的船时的性能。
模拟数据是从在一个八十米长、五十米宽的实验池中进行的实验中得到的，水深可以从0至9不同的类型中调整，作用幅度和方向也是可以改变的，而且有不同类型的模拟风和水流通道。
在这些实验中模拟了190至1000米水深，使用了比例模型船，并使船具有正确的压载物和重量分配，以获得适合于所确立的装载条件的正确的质量、重心和转动半径。
锚索模型符合这种类型系统的标准化规范，并考虑下列参数(a)水深；(b)锚索的长度和结构；(c)每单位长度浸没锚索的重量；(d)锚索的机械弹性；(e)单位长度锚索的拖力；(f)在海底上的摩擦系数；(g)锚索的预张紧程度。
在艏弯曲部与艏柱之间以不同的等级对各种结构的锚索进行了实验。这些实验能够证实水深对锚固系统的影响，结果表明，即使锚索损坏，所观察到的短暂的运动变化也是很小的，这是由于本系统所提供的少量的阻尼。
这些实验中的大多数的条件是，百年波在最不利(在90至180度之间)的条件下到达船。
在所确立的实验条件下，观察到竖管与船联接处的水平倾斜小于水深的25％，绳索中的最大张力不超过断裂负荷的75％。这就证明了本系统对于位移和应力规范是可行和满意的。
下表示出所进行的实验的一些结果。所有实验都是在百年波的条件下改变水深、船型和锚索结构进行的。
表(1
(*)系统由锚链＋缆索＋锚链构成各种形式的波浪对锚索所采用的结构的影响也进行了研究。而且模拟了管线的断裂和损失，即船与已经安装的生产管线的联接点的偏离。
在第一组实验中，船的排水量为135000吨，300米深。
对于小的摇艏波，实验使用了15根锚索，被划分成三部分，每部分包括5根锚索，这15根锚索中的6根是双索，3根是单索。
对于大的摇艏波，使用了15根锚索，其中4根是双索，7根是单索，6对在艏部，相邻的缆索对之间隔开60度。
在第二组实验中，进行了一次没有计算机模拟的实验，目的是获得所建议的锚固系统的信息。这些实验采用了一种六点双索系统，两条锚索以90°和270°角和预拉伸力T固定在艏部，两组锚索以45°、135°、225°和315°角固定在艉部，所有锚索的预拉伸力均为T′。在实验过程中拉伸力T和T′是变化的。类似的系统也用280000吨排水量的船只及390和700米水深在大小摇艏波的情况下进行了实验。对于较大的深度，锚固系统的结构为15条锚索，其中6条为双索，3条为单索。
这种系统的较大优点是，通过简单地应用这种概念，投资成本可以减少大约30％。
考虑了水深和船的吨位，用这种系统代替其它已有的系统，例如锚固架、单浮筒甚至转塔是有利的，因为它不需要一转体，从而也大幅度地降低了维修成本，并且这种系统也不那么复杂。
另一优点是，这一新颖的观念适用于全球范围内用于已有系统的所有材料和操作方法以及一般的规范，例如安全和操作标准，并且不必使用新的工具。
像所有的普通的系统一样，现在所建议的系统也有局限性。其适用性由对具体地区的技术和经济的可行性研究所确定，在这种研究中，水深和船的吨位是主要变量。
考虑到船的吨位是由油田的生产能力所决定，而水深由该油田的位置所决定，在我们的实验研究的基础上并借助于适当的软件来检验，我们可以肯定地说这种具有差别柔量的锚固系统是否可以用于某种具体的情况。
我们的研究表明，水越深，柔量差别越大，即，船的艉/艏位移的机会越大，这使得这一系统无论在技术上还是在经济上都成为一种高度竞争的抉择。
权利要求
1.一种差别柔量(在本说明书中予以定义)锚固定位系统，由一平台或其它采收装置和一首向其内装载近海油田产品的油船构成，所述定位系统的特征在于油船被锚固，锚索包括锚链和/或缆索；锚索的弹性和/或几何结构不同，使得船的端部能够移动以便能够适应海况的变化。
2.一种如权利要求1的定位系统，艉/艏位移的自由度是锚索所采用的结构的一函数。
3.一种如权利要求1或2的定位系统，其特征在于系统的适用性是水深和船的吨位的函数。
全文摘要
本发明涉及一种船的锚固定位系统,其利用锚索的分布和设备,在锚固系中限定不同的刚度(柔量),使船能够移动,从而较好地适应环境,避免完全平行的情况(在这种情况下,船完全迎风或顺风)和完全横向的情况(横切于风向)。
文档编号B63B21/00GK1205672SQ96199260
公开日1999年1月20日 申请日期1996年12月19日 优先权日1995年12月22日
发明者费尔南多·G·C·卡斯特, 毛里西奥·S·S·德巴罗斯 申请人:巴西石油公司