[发明专利]具有提高的水动力性能的张力腿平台

说明书

技术领域

本发明大体上涉及诸如用于海上油气钻探和生产的张力腿平台，并且更具体地讲涉及这样的张力腿平台：其具有足够的内在稳定性，以便允许上部结构的码头整合、将一体化的船体和上部拖航到安装现场并安装，所有操作均不使用临时稳定模块或其它专业设备。

背景技术

在海上油气工业中，诸如用于钻探和/或生产的张力腿平台(TLP)的浮船是常见的。TLP是一种用于在相对深的水中钻探和生产的浮台。典型的TLP船体构造由一个、三个或四个立柱以及三个或四个在水面下连接柱的浮筒组成。立柱和浮筒通常为矩形或圆柱形截面。上部结构承载在柱的顶部上，其包括支撑上部生产设施、钻探系统、生产立管和居住舱等的一个或多个甲板。在其安装吃水深度处，TLP的浮筒潜入水中并且柱从水面下延伸到水面上。

TLP的系泊系统包括称作张力筋腱(tendon)的管状钢构件（也称为系索），该管状钢构件由于其连接到漂浮的、潜水的或部分潜水的平台船体而被高度张紧。高张力筋腱硬度使系统的竖直自振周期降低到刚好低于主波浪能的周期的水平。结果，竖直运动的动力放大几乎不存在，并且平台具有有限的垂荡、横摇和纵摇运动。高度张紧的张力筋腱系统还将水平偏移限制到非常小的水深百分比。

图1是现有技术的常规TLP 200的船体的俯视图（在穿过柱截取的水平截面中）。四个柱212被布置用于形成正方形图案，其中每个柱212的轴向中心线VC形成正方形的一个角。四个单独的浮筒214形成正方形的每个边。浮筒214通常定位成使得其轴向中心线HC在柱中心线VC之间对齐。张力筋腱接纳部(porch)220直接安装到柱212的外侧拐角以用于连接系泊张力筋腱。

图2是被称为延伸式张力腿平台(ETLP)的现有技术的更新一代TLP 300的俯视图（在穿过柱截取的水平截面中）。类似图1的现有技术的TLP 200，在图2的ETLP 300中，角柱312被定位使得柱312的竖直中心线VC与连接到柱312的浮筒314的轴向中心线HC相交。相比具有类似大小的系泊占据范围的图1的常规TLP 200，图2的ETLP的不同之处在于柱312和浮筒314更向内侧定位从而形成更小的正方形。四个张力筋腱支撑结构330在龙骨水平处安装到柱312的外侧拐角。张力筋腱接纳部320安装到张力筋腱支撑结构330的远端以用于连接系泊张力筋腱。

因为柱312更靠近平台中心C定位，所以可使用简化的甲板结构，这导致比图1的TLP 200更大的结构重量效率。更小的环形浮筒结构314也有助于更大的结构重量效率，并且简化构造、减小支撑跨距和悬臂，并提供提高的平台水动力性能。换句话讲，对于给定的船体和上部结构的组合重量，可支撑更大的有效载荷。此外，具有简化上部结构的图2的ETLP 300可允许在码头处更经济的上部整合，或者消除了对重吊船或浮起式甲板安装的需求。

对TLP 200和ETLP 300两者来说，柱和浮筒两者的内部通常被用于损坏控制的结构舱壁隔开，以便加强结构、提供封闭空间，以用于定位和储存各种设备（例如，锚、链条、推进机构等），用于储存诸如燃料、水和烃类产品的液体并用于压舱。

根据其构造，（常规或延伸式）TLP的稳定性在安装期间可能是不足的。当在初始自由浮动吃水深度（例如，湿拖吃水深度或浮起吃水深度）和锁定吃水深度（开始将TLP固定到张力筋腱的吃水深度）之间给TLP装压舱物时，存在TLP稳定性为临界的吃水深度范围——在被锁定到张力筋腱和去压舱之前，TLP可能不稳定或仅临界稳定。

在锁定和去压舱之前经过安装吃水深度时，存在多种方式来解决这种稳定性问题。大多数现有技术的安装技术依赖于使用昂贵的专业安装设备。例如，一种选择是在将船体连接到张力筋腱之后在海上安装上部甲板。甲板的海上安装是昂贵和高风险的操作，因为它通常需要使用重吊船或浮起式甲板安装技术。此外，甲板的海上安装需要相对长时间的好天气。因此，如果可能的话，通常优选的是在码头整合上部结构并将完成的平台拖航到安装现场。

另一种方法通过更大的安装支撑船体对一体化的TLP采用向上的大钩载荷。大钩载荷具有在锁定后能迅速张紧张力筋腱而无需等待缓慢的去压舱过程的优点。然而，全世界仅存在非常有限数量的船体能够为普通尺寸的TLP提供所需的大钩载荷。