[发明专利]深水海上设备与装配方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及浮动式海上结构，尤其涉及具有导管架(jacket)/桁架(truss)的立柱式结构。

背景技术

据目前所知，在海上石油和天然气工业中，诸如美国专利5,558,467中所描述的，从浮力外壳延伸的具有导管架/桁架的立柱式结构提供了许多超越其它浮动结构、诸如传统的立柱式结构或TLP(张力腿平台)的优势，这使得其是符合需要的，尤其是用于深水中。立柱的形式可被设计用于世界各地的特殊的环境。

环境条件、诸如波浪、风和洋流，直接关系到为了可承受诸如垂荡、纵摇和偏移的运动所需的结构的长度。更多极端的环境条件需要更长的浮力外壳及桁架部分，以便提供可承受的运动。立柱的主要优势之一是它可以支撑一种称之为顶部张紧立管的立管。该立管是从海底油气田提升碳氢化合物的主管线。顶部张紧立管由立柱利用安装在立管顶部的生产甲板上的张紧装置所支撑。近来，该产业正向一种利用液压/气动张紧器进行张紧的新方法发展。该张紧方法可使立柱垂荡运动的增加。克服这种张紧器的影响的解决办法是增加立柱的长度并添加带有更多垂荡板的更长的桁架。

由于在制造场所建造立柱所需的专业设施的缘故，全世界范围内可用的数量是有限的。因此，当立柱将要安装的位置不靠近建造场所时，该立柱必须被装载到重型运输船上，并被运送到靠近最终安装位置的地点。由于对运输船舶尺寸的要求的缘故，世界上可进行此项操作的运输船舶的数量是非常有限的。而且，这些船舶对被运输的立柱的长度和重量都是有限制的。

典型的桁架式立柱的施工包括以下步骤：分别建造浮力外壳和桁架部分，然后，当结合在一起的浮力外壳和桁架部分的总长度和重量在重型运输船的运输范围内时，在装配厂中将它们结合在一起。当浮力外壳和桁架部分的结合长度对于运输船舶而言过长或过重时，则浮力外壳和桁架部分被分别运送到靠近最终安装位置的装配地点。当桁架和浮力外壳作为各自独立的块体运送时，它们被从运输船舶上卸下，通过使两个块体漂浮且当它们漂浮在坞边附近时使它们结合。这种连接方式比在陆地上连接更为困难。如果可能的话，在陆地上进行这样的连接是较佳的方法。

桁架和浮力外壳之间的连接是极其关键的，这是因为如果桁架与浮力外壳分开的话，它将变得不牢固且会倾覆。会导致连接失败的连接部分中的高应力区可由于角度偏差和其它尺寸公差引起，当桁架和浮力外壳漂浮在坞边附近对它们进行连接时，很难符合角度偏差和尺寸公差的要求。在几乎所有案例的实际做法中，桁架和浮力外壳在陆上进行主要连接，并连接具有足够长度可以保持立柱平稳的初始桁架，即使附加桁架部分在外壳安装后分离。因为主要连接是在陆上完成的，所以当在坞边连接立柱与附加桁架部分时，附加桁架部分与初始桁架部分之间的连接并不十分关键。通常情况下，这种连接操作在装配厂或船厂完成，它们比最初的建造厂更接近最终的海上安装位置。采用这种方法完成这种建造会引起一些特殊的问题：额外时间、费用和潜在的对齐问题。

一种用于墨西哥湾的典型的桁架立柱具有浮力外壳和桁架部分，该桁架部分大约550英尺长。这接近可用运输装置运输的作为单一部件的最长长度。在全球的一些地区，如北冰洋，具有更为极端的自然条件，因而需要更长的浮力外壳和桁架部分。连接桁架部分到浮力外壳上的难度随着浮力外壳和桁架部分的增长而增加。另外一个重要的局限性是全球仅有少量装配厂/船厂具备接收和连接这两个更长部分的能力。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺陷。本发明提供了一种桁架式立柱，该立柱允许桁架延伸其长度以完成所需要的总长度，并且消除了在两个结构部件在浮动的状态下，将浮力外壳的更为关键和复杂的附件连接到桁架部分的需求。在装配现场/厂中，支撑垂荡板的附加桁架部分可被添加到初始桁架部分，该装配现场/厂远离最初制造浮力外壳和桁架部分的装配厂。扩展通过在运输后将一些部分添加到初始桁架上完成。浮力外壳和初始桁架部分可选择在装配厂建造、连接在一起，并运输到坞边位置或装配厂，其尽可能地靠近最终海上安装位置。运输这种组装完成的结构，通常在重型升降船舶上完成，以降低运输时间和防止对浮力外壳和桁架部分的损坏。一旦在装配厂/船坞中，浮力外壳以及已经连接在浮力外壳上的桁架部分从重型升降船舶浮起，并调整吃水位到一个适合连接附加桁架部分的位置。一个或多个附加桁架部分可被连接到初始桁架部分，然后，将组装完成的浮力外壳和桁架拖曳到最终海上安装位置。

表现本发明新颖性的各种特征已经在权利要求和前面的披露中指出。为了更好地了解本发明，以及通过对其使用取得操作优势，提及的相应的附图和描述细节形成了披露内容的一部分，其展示了本发明的较佳实施例。