Ферменный лонжерон с вертикальными пластинами для гашения колебаний, вызванных вихреобразованием
Изобретение относится к морским буровым платформам и может быть использовано для добычи нефти и газа. Буровая морская платформа с системой для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV), содержит множество касательно расположенных боковых пластин, имеющих открытое пространство с обеих сторон поперек течения потока воды. Боковые пластины вызывают разделение воды вокруг пластин посредством поперечного движения VIV платформы, вызванного течением потока против платформы, и касательные боковые пластины противостоят движению VIV платформы от потока. Боковые пластины могут быть касательно расположены вокруг периферии открытой структуры фермы ниже корпуса платформы лонжеронного типа. Также касательные боковые пластины могут быть расположены по касательной, в отдалении от периферии корпуса с образованием зазора с открытым пространством между пластинами и корпусом. Достигается возможность ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0002] Эта международная патентная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США №61/701,876, зарегистрированной 17 сентября 2012.
ЗАЯВЛЕНИЕ О ФИНАНСИРОВАНИИ НИОКР ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА
[0003] Не предусмотрено
ССЫЛКА НА ПРИЛОЖЕНИЕ
[0004] Не предусмотрено
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ.
[0006] Раскрытие относится к системе и способу для ослабления колебаний на плавучих платформах для бурения и добычи. Более точно, раскрытие относится к системе и способу для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием, для плавучей платформы, такой как буровая морская платформа лонжеронного типа.
[0007] ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0008] Производственные операции бурения и добычи нефти и газа из месторождениий под морским дном обычно включают платформу, которую иногда называют буровой вышкой, на которой может быть установлено оборудование для бурения, добычи и хранения вместе с жилыми помещениями для персонала, обслуживающего платформу, если это имеет место. Плавучие буровые морские платформы, как правило, используются на глубинах около 500 футов (примерно 152 м) и более и могут удерживаться в положении над местоположением скважины посредством, например, якорных оттяжек, прикрепленных к морскому дну, моторизованными движителями самоходной плавучей установки, расположенными на сторонах платформы, или и тем и другим. Хотя плавучие буровые морские платформы могут быть более сложными в эксплуатации из-за их движения в зависимости от условий окружающей среды, таких как ветер и движение воды, они, как правило, способны работать на более существенных глубинах воды, чем неподвижные платформы. Есть несколько различных типов известных плавучих платформ, таких как, например, так называемые «буровые суда», платформы с натяжными опорами (TLPs), полупогружные и платформы лонжеронного типа.
[0009] Платформы лонжеронного типа, например, содержат длинные, тонкие, плавучие корпусы, которые придают им вид колонны, или лонжерона, когда они являются плавающими в вертикальном, рабочем положении, при котором верхний участок продолжается выше ватерлинии, а нижний участок является погруженным под ним. Из-за их относительно тонкой, вытянутой формы они имеют относительно более глубокую осадку, а значит, существенно лучшие характеристики по качке, например гораздо продолжительные, естественные периоды качки, чем другие типы платформ. Соответственно, платформы лонжеронного типа были, как считают некоторые, относительно успешной конструкцией платформы на протяжении многих лет. Примеры плавучих платформ лонжеронного типа, используемых для операций разведки нефти и газа, бурения, добычи, хранения и сжигания попутного газа, могут быть найдены в патентной литературе, например в патенте США. No. 6,213,045 Gaber; патенте США No. 5,443,330 Copple; патентах США 5,197,826; 4,740,109 Horton; патенте США No. 4,702,321 Horton; патенте США No. 4,630,968 Berthet и др.; патенте США No. 4,234,270 Gjerde и др.; патенте США No. 3,510,892 Monnereau и др.; и патенте США No. 3,360,810 Busking.
[0010] В то время как буровые морские платформы лонжеронного типа по своей природе менее склонны к вертикальной качке из-за их длины, улучшения по качке и управлению перемещениями были произведены установкой горизонтально расположенных пластин в нижней части корпуса лонжерона, а иногда и радиально продолжающихся пластин вокруг окружности корпуса. Горизонтальные пластины имеют значительную ширину и длину по осям X-Y и относительно небольшую высоту по оси Z ортогональной системы координат, с осью Z вдоль вертикальной длины лонжерона платформы, когда лонжерон является нормально расположенным во время использования в открытом море. Патент США No. 3,500,783 Джонсона, и др., раскрывает в радиальном направлении продолжающиеся ребра от корпуса с пластиной вертикальной качки в нижней части корпуса, в котором вертикально и радиально продолжающиеся демпфирующие пластины являются расположенными на одной окружности вокруг верхнего и нижнего погруженных участков платформы, а горизонтальная демпфирующая пластина прикреплена к нижней части платформы для предотвращения резонансного колебания платформы. Дополнительные усовершенствования по управлению качкой лонжерона были сделаны за счет увеличения длины лонжерона с открытыми структурами ниже корпуса, например, фермами и установкой горизонтально расположенных пластин в открытых структурах. Открытая структура фермы позволяет воде быть расположенной выше и ниже поверхности горизонтальной пластины, так что вода помогает ослабить вертикальное движение лонжерона платформы.
[0011] Несмотря на относительную успешность, современные конструкции для платформ лонжеронного типа предоставляют возможности для совершенствования. Например, из-за их удлиненной, тонкой формы они могут быть относительно более сложными в управлении во время морских работ при некоторых условиях, чем другие типы платформ относительно, например, контроля их дифферента и стабильности. В частности, из-за их удлиненной, тонкой формы платформы лонжеронного типа могут быть особенно восприимчивыми к колебаниям, вызванным вихреобразованием (VTV), или колебаниям, вызванным движением (VIM) (далее в собирательном значении "VIV"), которые могут возникнуть в результате сильных течений воды, действующих на корпус платформы.
[0012] Более точно, VIV является движением, воздействующим на корпусные детали, сталкивающиеся с внешним потоком, периодическими неравномерностями этого потока. Жидкости представляют некоторую вязкость, и поток жидкости вокруг корпуса, например, в виде цилиндра в воде, будет замедляться при контакте с его поверхностью, образуя пограничный слой. В какой-то момент этот пограничный слой может отделяться от корпуса. Вихри затем образовываются, изменяя распределение давления вдоль поверхности. Когда вихри образуются не симметрично вокруг корпуса по отношению к его средней плоскости, различные подъемные силы создаются на каждой стороне корпуса, что приводит к движению поперек к потоку. VIV является важной причиной усталостного повреждения морских разведочных и добывающих нефтяных платформ, вертикальных трубопроводов и других структур. Эти структуры испытывают как течение потока, так и высокочастотные движения судна, которые вызывают измененную пластической деформацией структуру относительного движения. Относительное движение может привести VIV к "входу в синхронизм". "Вход в синхронизм" происходит, когда приведенная скорость Ur находится в критическом диапазоне в зависимости от условий потока и может быть представлена в соответствии с приведенной ниже формулой:
1<Ur=u Tn/D<12,
где Ur - приведенная скорость на основе периода собственных колебаний пришвартованной плавучей конструкции;
u - скорость течения жидкости (в метрах в секунду);
Tn - период собственных колебаний плавучей конструкции в спокойной воде без течения (секунд);
D - диаметр или ширина колонны (в метрах).
[0013] Иными словами, вход в синхронизм может произойти, когда частота вихреобразования становится близкой к собственной частоте колебаний конструкции. Когда вход в синхронизм возникает, крупномасштабные повреждающие колебания могут происходить.
[0014] Типичное решение для VIV на платформе лонжеронного типа состоит в обеспечении поясами обшивки вдоль внешнего периметра корпуса. Пояса обшивки, как правило, являются сегментами спиралевидно расположенных структур, которые продолжаются в радиальном направлении наружу от корпуса в две или несколько линий вокруг корпуса. Пояса обшивки были эффективны в ослаблении VIV. Примерами являются патенты США No. 6,148,751 Брауна и др., для «системы для ослабления гидродинамического сопротивления и VIV» для корпусов, погруженных в жидкость, и патент США No. 6,244,785 Рихтера и др., для «сборной, модульной системы лонжеронного типа, имеющей цилиндрический с открытым концом лонжерон». Дополнительно патент США No. 6,953,308 Хортона раскрывает пояса обшивки, которые радиально продолжаются от корпуса и радиально продолжающиеся горизонтальные поднимающиеся пластины. Значительное улучшение в конструкции пояса обшивки представлено в публикации WO 2010/030342 A2 для корпуса лонжерона, которое включает в себя свернутый пояс обшивки, который может быть развернут, например, при установке. Тем не менее, пояса обшивки могут быть трудоемкими и сложными в установке и транспортировке без повреждения к месту установки на платформу лонжеронного типа.
[0015] Различные предполагаемые решения для сил, вызываемых вихреобразованием и качке, раскрыты в патентной публикации США No. 2009/0114002, где шероховатость поверхности на плохо обтекаемом корпусе уменьшает силу, вызванную вихреобразованием, и качку и может быть применена к гибким или жестким цилиндрам, таким как подводные трубопроводы, морские стояки и буровые морские платформы лонжеронного типа.
[0016] Тем не менее, остается необходимость в улучшении и более эффективном ослаблении VIV для плавучих платформ.
КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Раскрытие обеспечивает эффективную систему и способ для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) посредством множества расположенных по касательной боковых пластин, имеющих открытое пространство на обеих сторонах боковых пластин поперек течения потока воды по отношению к боковым пластинам. По меньшей мере в одном варианте осуществления боковые пластины могут быть расположены по касательной вокруг периферии фермы открытой структуры ниже корпуса платформы лонжеронного типа для объема воды, которая должна быть расположена между ними. В другом варианте осуществления боковые пластины могут быть расположены по касательной в стороне от периферии корпуса с образованием зазора с открытым пространством между пластинами и корпусом для объема воды, которая должна быть расположена между ними. В каждом варианте осуществления боковые пластины вызвают разделение воды вокруг пластин, когда происходит движение платформы от движения VIV в поперечном течении и боковые пластины противостоят движению VIV платформы в течении. Способ и система боковых пластин могут быть использованы отдельно или в сочетании с более традиционными радиально продолжающимися поясами обшивки и радиальными пластинами.
[0018] Раскрытие обеспечивает систему для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) в буровой морской платформе, содержащей: корпус буровой морской платформы; ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью быть, по меньшей мере, частично погруженной ниже поверхности воды, воду, имеющую течение потока; и одну или несколько боковых пластин, по касательной соединенных вокруг периферии фермы, корпуса, или того и другого, при этом боковые пластины образуют открытое пространство для воды на обеих сторонах пластин, которые являются поперечными к текущему потоку, причем касательные боковые пластины выполнены с возможностью вызвать разделение воды вокруг боковых пластин, когда буровая морская платформа движется в поперечном направлении относительно текущего потока, и ослабить VIV в буровой морской платформе по меньшей мере на 20% от VIV в буровой морской платформе без касательных боковых пластин.
[0019] Раскрытие также обеспечивает систему для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) в буровой морской платформе, содержащей: корпус буровой морской платформы, имеющий диаметр; ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью быть по меньшей мере частично погруженной ниже поверхности воды, воду, имеющую течение потока; и одну или несколько касательных боковых пластин, соединенных по касательной вокруг периферии фермы, корпуса, или того и другого, при этом боковые пластины образуют открытое пространство для воды на обеих сторонах пластин, которые являются поперечными к текущему потоку, причем касательные боковые пластины выполнены с возможностью вызвать разделение воды вокруг пластин, когда буровая морская платформа движется в поперечном направлении относительно текущего потока, при этом боковые пластины имеют размеры в ширину по меньшей мере 5% от диаметра и длину по меньшей мере 15% от диаметра.
[0020] Раскрытие дополнительно обеспечивает способ для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) в буровой морской платформе, имеющей корпус; ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью быть, по меньшей мере, частично погруженной ниже поверхности воды, воду, имеющую течение потока; и одну или несколько касательных боковых пластин, соединенных по касательной вокруг периферии фермы, корпуса, или того и другого, при этом касательные боковые пластины образуют открытое пространство для воды на обеих сторонах пластин, которые являются поперечными к текущему потоку, содержащий: разделение потока воды над одним или несколькими краями боковых пластин, когда буровая морская платформа движется в поперечном направлении по отношению к текущему потоку; генерирование сопротивления к поперечному движению на ферме, корпусе, или том и другом посредством разделения воды; и ослабление VIV в буровой морской платформе по меньшей мере на 20% от VIV в буровой морской платформе без пластин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЧЕРТЕЖАХ
[0021] Фиг. 1А представляет собой схематичный вид спереди буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в поперечной ориентации, соединенной с фермой платформы и выполненной с возможностью ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV), согласно раскрытию в данном документе.
[0022] Фиг. 1В представляет собой схематичный вид сбоку буровой морской платформы, представленной на фиг. 1А с по меньшей мере, одной боковой пластиной.
[0023] Фиг. 1С представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы.
[0024] Фиг. 1D представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий движение VIV платформы, в целом, поперек к текущему потоку.
[0025] Фиг. 1Е представляет собой схематичный частичный вид сбоку в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий разделение воды над касательными боковыми пластинами для сопротивления движению и ослаблению движения VIV.
[0026] Фиг. 2А представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в продольной ориентации, соединенной с фермой платформы и выполненной с возможностью ослабления VIV.
[0027] Фиг. 2В представляет собой схематичный вид сбоку буровой морской платформы, представленной на фиг. 2А с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной.
[0028] Фиг. 2C представляет собой схематичный частичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы.
[0029] Фиг. 2D представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий разделение воды над боковыми пластинами для сопротивления движению и ослаблению движения VIV.
[0030] Фиг. 3 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной боковой касательной боковой пластиной, соединенной с фермой платформы на более низкой высоте, чем представлено на фиг. 1А, и выполненной с возможностью ослабления VIV.
[0031] Фиг. 4 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в поперечной ориентации и по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в продольной ориентации, выполненных с возможностью ослабления VIV.
[0032] Фиг. 5А представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной, соединенной с периферией корпуса платформы и выполненной с возможностью ослабления VIV, согласно раскрытию в данном документе.
[0033] Фиг. 5В представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с периферией корпуса буровой морской платформы, представляющий разделение воды над боковыми пластинами для сопротивления движению и ослаблению движения VIV.
[0034] Фиг. 5С представляет собой схематичный увеличенный вид участка по фиг. 5В.
[0035] Фиг. 6 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной, соединенной с корпусом платформы и выполненной с возможностью ослабления VIV, согласно раскрытию в данном документе.
[0036] Фиг. 7 представляет собой схематичный вид сверху буровой морской платформы с изображением амплитуды поперечного и линейного движения платформы от VIV.
[0037] Фиг. 8 представляет собой схематичный график амплитуды поперечного движения платформы в течение определенного периода времени.
[0038] Фиг. 9 представляет собой схематичный график трех примерных испытаний движения VIV буровой морской платформы для сценариев, без касательных боковых пластин, с касательными боковыми пластинами в боковой ориентации, и с касательными боковыми пластинами в продольной ориентации при различных курсах течения потока против пластин.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0039] Фигуры, описанные выше, и письменное описание конкретных конструкций и функций представлены ниже не для ограничения объема того, что изобрел Заявитель, или объема прилагаемой формулы изобретения. Скорее, фигуры и письменное описание предоставляются для того, чтобы помочь любому специалисту в данной области создать и использовать изобретение, по которому испрашивается патентная охрана. Специалистам в данной области техники будет понятно, что не все особенности коммерческого варианта осуществления изобретения описаны или показаны для ясности и понимания. Специалистам в данной области техники будет также понятно, что развитие реального коммерческого варианта осуществления, включающего аспекты настоящего изобретения, требует выполнения специфических решений для достижения конечной цели разработчика, для коммерческого варианта осуществления. Такое выполнение специфических решений может включать в себя, и, вероятно, не ограничиваясь этим, соответствие системным, деловым, связанным с государством, и другим ограничениям, которые могут варьироваться в зависимости от конкретной реализации, местоположения, и время от времени. Хотя усилия разработчика могут быть сложными и трудоемкими в абсолютном смысле, такие усилия будут, тем не менее, обычным делом для специалиста в данной области техники, имеющего пользу благодаря этому раскрытию. Следует понимать, что изобретение раскрытое и описанное в данном документе, является восприимчивым к многочисленным и различным модификациям и альтернативным формам. Использование термина в единственном числе, например, но, не ограничиваясь этим, как "a", не следует рассматривать как ограничивающее количество позиций. Также использование относительных терминов, таких как, но не ограничиваясь этим, "сверху", "снизу", "влево", "вправо", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "сторона", и тому подобных, используются в описании для ясности с конкретной ссылкой на чертежи и не предназначено для ограничения объема изобретения или прилагаемой формулы изобретения. Когда это целесообразно, некоторые элементы помечены буквой после цифры для ссылки на конкретный элемент из пронумерованных элементов, чтобы помочь в описании структуры относительно чертежей, но, не ограничивая в формуле изобретения, если это специально не оговорено. Когда речь идет, в целом, о таких элементах, число без буквы используется для обозначения элементов, обозначенных алфавитными символами. Дополнительно, такие обозначения не ограничивают количества элементов, которые могут быть использованы для этой функции.
[0040] Раскрытие обеспечивает эффективную систему и способ для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) посредством множества расположенных по касательной боковых пластин, имеющих открытое пространство на обеих сторонах боковых пластин поперек течения потока воды по отношению к боковым пластинам. По меньшей мере, в одном варианте осуществления боковые пластины могут быть расположены по касательной вокруг периферии фермы открытой структуры ниже корпуса платформы лонжеронного типа для объема воды, которая должна быть расположена между ними. В другом варианте осуществления боковые пластины могут быть расположены по касательной в стороне от периферии корпуса с образованием зазора с открытым пространством между пластинами и корпусом для объема воды, которая должна быть расположена между ними. В каждом варианте осуществления боковые пластины вызывают разделение воды вокруг пластин, когда происходит движение платформы от движения VIV в поперечном течении и боковые пластины противостоят движению VIV платформы в течении. Способ и система боковых пластин могут быть использованы отдельно или в сочетании с более традиционными радиально продолжающимися поясами обшивки и радиальными пластинами.
[0041] Фиг. 1А представляет собой схематичный вид спереди буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в поперечной ориентации, соединенной с фермой платформы и выполненной с возможностью ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV), согласно раскрытию в данном документе. Фиг. 1В представляет собой схематичный вид сбоку буровой морской платформы, представленной на фиг. 1А с по меньшей мере, одной боковой пластиной. Фиг. 1С представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы. Фиг. 1D представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий движение VIV платформы, в целом, поперек к текущему потоку. Фиг. 1Е представляет собой схематичный частичный вид сбоку в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий разделение воды над касательными боковыми пластинами для сопротивления движению и ослабления движения VIV. Фигуры будут описаны в сочетании друг с другом.
[0042] Буровая морская платформа 2 может быть любой формы и размера и показана в иллюстративных целях как буровая морская платформа лонжеронного типа. Буровая морская платформа обычно имеет корпус, который является способным к плавучести, и структуру, погруженную между водной поверхностью 50 для стабилизации корпуса платформы. В примере осуществления, буровая морская платформа 2 включает в себя корпус 4 с фермой 6, соединенной с нижней частью корпуса, и продолжающейся глубоко в воду, при этом платформа имеет продольную ось 46 вдоль длины платформы и, в целом, выровненную по вертикали, когда буровая морская платформа находится в рабочем положении. Ферма является "открытой" структурой, поскольку вода может течь через нее мимо колонн 8 и растяжек 10, которые образуют структуру. Открытое пространство, в целом, обозначено 12 с конкретными областями, отмеченными как 12а, 12b и т.д. для иллюстративных целей. Одна или несколько горизонтальных пластин 14 вертикальной качки расположены в поперечном направлении поперек фермы и разделены по вертикали друг от друга для образования отсека 16 фермы с открытым пространством 12 в поперечном направлении между колоннами 8 и в продольном направлении (обычно по вертикали) между двумя пластинами вертикальной качки для образования площади поверхности отсека. Пластины 14 вертикальной качки захватывают воду по всей поверхности пластин вертикальной качки и гасят вертикальное движение буровой морской платформы 2 из-за волнового воздействия и другого вертикально смещающего текущего движения. Киль 18 расположен, в целом, в нижней части буровой морской платформы 2. Киль 18, в целом, является закрытым объемом, который иногда является способным регулировать плавучесть. Киль 18 помогает обеспечить стабильность платформы посредством более низкого центра тяжести из-за балластных материалов, которые содержатся внутри киля. В то время как пластины 14 вертикальной качки и киль 18 обеспечивают определенную стабильность, поперечное движение буровой морской платформы все еще может вызвать рабочие и структурные нарушения в платформе. Корпус имеет диаметр D, а ферма имеет ширину WT с размером диагонали, зачастую, приблизительно равным диаметру D. Длина корпуса для иллюстративных целей показана как LH, длина фермы представлена как LT, а общая длина представлена как L0.
[0043] Более точно, в иллюстративном варианте осуществления, ферма имеет четыре отсека фермы 16А, 16В, 16C, 16D, которые разделены тремя пластинами 14a, 14b, 14С вертикальной качки. Открытое пространство 12А между нижней частью корпуса 4 и пластиной 14А вертикальной качки позволяет протеканию потока воды для течения через отсек 16А. Открытое пространство 12В между пластиной 14А вертикальной качки и пластиной 14В вертикальной качки позволяет потоку воды протекать через отсек 16В фермы, открытое пространство 12С между пластиной 14В вертикальной качки и пластиной 14С вертикальной качки позволяет потоку воды протекать через отсек 16С фермы, и открытое пространство 12D позволяет воде протекать через отсек 16D фермы между пластиной 14С вертикальной качки и килем 18. На фиг. 1А, две касательные боковые пластины 22А, 22В представлены имеющими длину пластины LP и ширину пластины WP. Боковые пластины 22, в целом, расположены касательно вокруг периферии фермы, то есть на одной или нескольких поверхностях 48 фермы, таких как поверхность 48A. В этом варианте осуществления, касательные боковые пластины 22 являются поперечно ориентированными, то есть большая длина LP находится поперек отсека фермы, а ширина WP выровнена в продольном направлении. Форма боковых пластин является иллюстративной и другие формы, такие как круглые, эллиптические, многоугольные и другие геометрические и не геометрические формы и размеры могут быть использованы.
[0044] Касательные боковые пластины 22 вызывают разделение воды по краям 36 пластин, так как платформа движется взад и вперед во время движения VIV, которое является, в целом, поперечным к протеканию потока вокруг корпуса 4 или через ферму 6 платформы. Дополнительно, для тех вариантов осуществления, имеющих пластины 14 вертикальной качки, боковые пластины, такие как боковая пластина 22А, могут покрывать участок открытой области 12, с тем чтобы разделение воды WS происходило вокруг касательных боковых пластин и протекало через открытое пространство 12 отсека фермы между пластинами вертикальной качки, такого как отсек 16В фермы. В варианте осуществления, представленном на фиг. 1А, касательные боковые пластины 22 расположены во втором и третьем пространствах 16В, 16С фермы. Тем не менее, боковые пластины 22 могут быть расположены в других отсеках, которые могут быть предпочтительными для конкретного применения, и такой пример не является ограничивающим.
[0045] По меньшей мере в одном варианте осуществления боковые пластины 22 могут покрывать по меньшей мере 25% площади поверхности отсека фермы между пластинами вертикальной качки. Дополнительно, или вместо того, чтобы касательные боковые пластины имели размер по ширине WP, по меньшей мере 5% от диаметра D корпуса и по длине LP, по меньшей мере 15% от диаметра корпуса. По различным показателям, касательные пластины вертикальной качки могут быть рассчитаны для ослабления VIV в буровой морской платформе по меньшей мере на 50% от VIV в морской платформе без касательных боковых пластин, а более предпочтительно по меньшей мере на 90%. Тем не менее, размеры могут варьироваться. Например, размер касательной боковой пластины может быть существенно больше, но, как правило, меньше, чем полная площадь поверхности отсека для того, чтобы разделенная вода протекала вокруг краев боковой пластины. В качестве другого примера различных размеров, пластина может иметь такие размеры, чтобы величина ослабления VIV могла быть от 20% до 100% и любого промежуточного значения или любого приращения между ними, например, 50, 55, 60, 65 и так далее процентов и любого дополнительного приращения между такими значениями, например, 51%, 52%, 53%, 54% и также для каждого из других процентов. По меньшей мере в одном варианте осуществления и только для иллюстрации, и без ограничения, длина корпуса может быть 200 футов (61 м), длина фермы LT может быть 300 футов (91 м) и общая габаритная высота Lo может составить 500 футов (152 м). Дополнительно, длина (высота в рабочем состоянии, расположенном вертикально) отсека LB может быть 75 футов (23 м) и ширина WT фермы (и ширина отсека) может быть 70 футов (21 м) при диаметре D корпуса примерно 100 футов (30 м). Длина пластины LP может быть около 65 футов (20 м), а ширина WP может быть около 30 футов (9 м), хотя возможны другие ширины, например, 40 футов (12 м) и 50 футов (15 м). Эти примерные размеры и пропорции обусловливают длину пластины 65% (65/100) и ширину пластины 30% (30/100) и площадь поверхности пластины 37% от площади поверхности отсека ((65×30)/(75×70)).
[0046] Дополнительно, как представлено на фиг.1B, дополнительные боковые пластины 22 могут быть установлены на других поверхностях 48 буровой морской платформы 2, например, поверхности 48B. В по меньшей мере одном варианте осуществления пластины 22 установлены на всех поверхностях буровой морской платформы. Установка на всех поверхностях, или по меньшей мере противоположных поверхностях, позволяет пластинам разделять воду вдоль множества краев пластины и в нескольких направлениях протекания потока, что помогает ослабить VIV.
[0047] Обращаясь к фиг. 1С, касательная боковая пластина, имеющая толщину ТР, соединена с фермой 6, например, к растяжкам 10, которые расположены между колоннами 8. Касательные боковые пластины 22, такие как боковые пластины 22А, 22E, могут разделять воду, имеющую направление, представленное как течение потока С. При более высоком уровне детализации, вода из протекающего потока C разделяется на поверхности 32 боковых пластин, например, когда платформа движется в направлении М по фиг. 1E, так что разделенная вода течет вокруг края 36 пластины 22 (пластин 24, 26, как описывается ниже в других вариантах осуществления). Разделение воды обеспечивает силу сопротивления, что ослабляет движение VIV, которое могло бы произойти без касательных боковых пластин.
[0048] Касательная боковая пластина 22 имеет толщину TP, которая, в целом, значительно меньше, чем ширина WP и длина LP, как будет понятно для специалиста с обычной квалификацией в данной области.
Например, и без ограничения, ТР следует понимать, в целом, меньше чем 10% от ширины WP или длины LP.
Дополнительно, боковая пластина 22 может быть расположена в поперечном направлении так, чтобы длина LP была поперек к продольной оси 46. Боковая пластина 22 может продолжаться в поперечном направлении к колоннам 8. Альтернативно, боковая пластина 22 не может продолжаться так далеко, как колонны, чтобы обеспечить прохождение потока воды мимо бокового края боковой пластины 22 между колонной и боковой пластиной. По меньшей мере в одном варианте осуществления боковые пластины могут быть расположены в направлении продольной средней части отсека 16 фермы так, чтобы имелось открытое пространство выше и ниже боковой пластины 22 для того, чтобы имело место разделение воды, и вода проходила через него.
[0049] Фиг. 2А представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной в продольной ориентации, соединенной с фермой платформы, и выполненной с возможностью ослабления VIV. Фиг. 2В представляет собой схематичный вид сбоку буровой морской платформы, представленной на фиг. 2А, с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной. Фиг. 2C представляет собой схематичный частичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы. Фиг. 2D представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с фермой буровой морской платформы, представляющий разделение воды над боковыми пластинами для сопротивления движению и ослабления движения VIV. Фигуры будут описаны в сочетании друг с другом.
[0050] Варианты осуществления, представленные на фиг. 2A-2D буровой морской платформы 2, в целом, сконфигурированы так же, как в варианте осуществления, представленном на фиг. 1А-IE, за исключением того, что боковые пластины ориентированы в продольном направлении, а не в поперечном направлении. В этой конфигурации боковая пластина обозначена цифрой 24 на чертежах, чтобы отличить ориентацию от боковой пластины 22 на фиг. 1A-1D, хотя подобное обсуждение и эффекты будут применимы аналогичным образом в варианте осуществления, представленном на фиг. 2А-2D. В этом варианте осуществления длина LB отсека фермы является на несколько футов больше, чем длина LP пластины.
Например, длина LB отсека фермы может быть 75 футов (23 м), а длина LP боковой пластины может быть 70 футов (21 м).
[0051] По меньшей мере в одном варианте осуществления, касательные боковые пластины 24А, 24С, 24E, 24F, ориентированные в продольном направлении, могут быть расположены вокруг всех поверхностей фермы, как показано на фиг. 2С. Вода может быть разделена вокруг боковых пластин, таких как боковые пластины 24А, 24Е, когда протекание потока С осуществляется в направлении, представленном на фиг. 2С (и вокруг боковых пластин 24С, 24F, когда направление потока осуществляется слева или справа по фиг. 2C). Понятно, что различные углы протекания потока C могут разделять поток воды в комбинации пластинами, такими как пластины 24А, 24С и 24Е, 24F, когда поток имеет 45 градусов или другие углы к направлению протекания потока C, представленного на фиг. 2C.
[0052] Фиг. 3 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере, одной касательной боковой пластиной 22В в поперечной ориентации, соединенной с фермой 6 платформы 2 на более низком уровне, чем представлен на фиг. 1А, и выполненной с возможностью ослабления VIV. Конфигурация аналогична с одной или несколькими боковыми пластинами, как представлено на фиг. 1А-1Е. Тем не менее, боковые пластины 22А, 22В на фиг. 3 перемещены в продольном направлении вниз в отсеки 16С, 16D по сравнению с боковыми пластинами по фиг. 1А-1Е. Вариант осуществления представлен только в качестве примера, чтобы показать, что касательные боковые пластины могут быть расположены в различных отсеках, которые могут быть подходящими для конкретного исполнения требуемой конфигурации.
[0053] Фиг. 4 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной 22 в поперечной ориентации и по меньшей мере одной касательной боковой пластиной 24 в продольной ориентации, выполненных с возможностью ослабления VIV. Как дополнительно представлено, ориентации касательных боковых пластин не должны быть одинаковыми. Например, одна или несколько боковых пластин 22, 24 на одной или нескольких сторонах фермы (или корпуса, как представлено на фиг. 5А, 5В-5C, 6) могут быть расположены в поперечном направлении или в продольном направлении, включая в себя комбинации боковых пластин, как в поперечном направлении, так и в продольном направлении. Еще дополнительно, боковые пластины могут быть расположены в несмежных отсеках. Например, боковая пластина может быть в отсеке 16А, а другая боковая пластины может быть в отсеке 16С или 16D.
[0054] Фиг. 5А представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления буровой морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной, соединенной с периферией корпуса платформы и выполненной с возможностью ослабления VIV, согласно раскрытию в данном документе. Фиг. 5В представляет собой схематичный вид сверху в разрезе буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами, соединенными с периферией корпуса буровой морской платформы, представляющий разделение воды над боковыми пластинами для сопротивления движению и ослабления движения VIV. Фиг. 5С представляет собой схематичный увеличенный вид участка по фиг. 5В. Фигуры будут описаны в сочетании друг с другом. Вариант осуществления буровой морской платформы 2, представленной на фиг. 5А, 5В-5C, иллюстрирует касательные боковые пластины 26, соединенные с корпусом 4, но отделенные от корпуса зазором G между боковой пластиной 26 и периферией корпуса 4, который образует открытое пространство 30. Касательные боковые пластины 26 могут иметь аналогичную конструкцию и назначение, как было описано в отношении боковых пластин 22, 24 на поверхности (поверхностях) фермы. Соединитель 28, такой как балка, пластина или другая структура, может удерживать касательные боковые пластины 26 в положении от корпуса 4. Зазор G может изменяться, и по меньшей мере в одном варианте осуществления может быть по меньшей мере 5% от диаметра D корпуса 4.
[0055] Принцип боковых пластин 26 на корпусе 4 аналогичен концепциям, описанным выше, для боковых пластин 22, 24 и фермы 6. Открытое пространство 30 создается между корпусом и боковой пластиной, что позволяет воде быть разделенной вокруг края 36 боковых пластин, так как платформа движется, в целом, в поперечном направлении к течению потока с движением VIV, для помощи в сопротивлении такому поперечному движению и ослаблении VIV. В по меньшей мере одном примере осуществления боковые пластины 26А, 26В, 26С, представленные на фиг. 5А, могут быть выровнены по окружности в ряд вокруг периферии корпуса 4. Другие боковые пластины, такие как боковые пластины 26D, 26E, 26F, могут быть выровнены в другом круговом ряду. Дополнительно, специально предусмотрено, что одна или несколько боковых пластин 22, 24 также могут быть расположены на ферме 6, например, как представлено на фиг. 1А-ID и фиг. 2A-2C, в сочетании с одной или несколькими боковыми пластинами 26, расположенными на корпусе, как представлено на фиг. 5А-6.
[0056] Фиг. 6 представляет собой схематичный вид спереди другого варианта осуществления морской платформы с по меньшей мере одной касательной боковой пластиной, соединенной с корпусом платформы и выполненной с возможностью ослабления VIV, согласно раскрытию в данном документе. Боковые пластины 26 аналогичны боковым пластинам, представленным на фиг. 5А, 5В-5С, но в этом варианте осуществления они могут быть выровнены в один или несколько спиральных рядов по периферии корпуса 4.
[0057] Фиг. 7 представляет собой схематичный вид сверху буровой морской платформы с изображением амплитуды поперечного и поточного движения платформы от VIV. На фиг. 7 буровая морская платформа 2 с ее корпусом 4 может перемещаться в направлении М поперечно к течению потока С от движения VIV для заданного диаметра D, который проходит через начало координат ортогональных осей X-Y в горизонтальной плоскости. Платформа 2 может перемещаться посредством VIV с амплитудой А вдоль, в целом, поперечного пути, очерченного как путь 40 от центральной линии диаметра D корпуса 4. Дальняя протяженность вдоль оси в любом направлении известна как амплитуда А движения. Диаметр D и амплитуда А движения являются показателями в расчетах и диаграммах, например, представленных на фиг.8 и 9 ниже.
[0058] Фиг. 8 представляет собой схематичный график амплитуды поперечного движения платформы в течение определенного периода времени. Амплитуда движения платформы 2 показывает, что она движется от отрицательного положения по оси Y к положительному положению по оси Y назад и вперед колебательным образом, по отношению к осям X-Y, представленным на фиг. 7. Общеизвестно, что измерение параметров VIV является измерением отношения изменения амплитуды к диаметру корпуса.
[0059] Таким образом, например, как представлено на фиг. 8, максимальную амплитудуЮ представленную как Amax в точке 42, можно сравнить с минимальной амплитудой Amin в точке 44 кривой.
Разностью амплитуды является максимальная амплитуда минус минимальная амплитуда, и эта величина может быть разделена на удвоенный диаметр D корпуса 4. Формула, в целом, представлена как
(Amax-Amin)/2D
и легко представляется как "A/D."
[0060] Фиг. 9 представляет собой схематичный график трех примерных испытаний движения VIV буровой морской платформы для сценариев без касательных боковых пластин, с касательными боковыми пластинами в поперечной ориентации, и с касательными боковыми пластинами в продольной ориентации при различных курсах течения потока против пластин. Фиг. 9 представляет отношение A/D, графически нанесенное непрерывной кривой, в конфигурации без каких-либо касательных боковых пластин в сравнении с конфигурацией с поперечно ориентированными боковыми пластинами и третьей конфигурацией с продольно ориентированными боковыми пластинами. Меньшее значение A/D по оси Y указывает на более низкое VIV. Ось Х представляет собой курс течения потока, который сталкивается с платформой и, следовательно, пластинами относительно этого курса. Вторая и третья конфигурации измерены при четырех различных курсах, как примерная входная информация для сопоставления, а именно 60°, 165°, 225° и 290°. Самая большая разница между конфигурациями без боковых пластин и конфигурации с поперечно ориентированными боковыми пластинами наблюдается на приблизительно 165°. Дополнительно, при курсе 225° конфигурация с продольно ориентированными боковыми пластинами имеет самое большое различие между обеими, конфигурацией без боковых пластин и конфигурацией с поперечно ориентированными боковыми пластинами.
[0061] Эти и дополнительные варианты осуществления, использующие один или более аспектов изобретения, описанные выше, могут быть разработаны без отступления от сущности изобретения. Например, могут быть использованы различные количества сторон, форм и размеров в открытых конструкциях, таких как фермы, и могут быть использованы различные формы и размеры корпусов. Длина, ширина и толщина пластин может варьироваться, так же как и количество пластин. Возможны другие изменения в системе.
[0062] Дополнительно, различные способы и варианты осуществления, описанные здесь, могут быть включены в сочетании друг с другом для получения изменений описанных способов и вариантов осуществления. Рассмотрение особых элементов может включать в себя многочисленные элементы и наоборот. Ссылки к по меньшей мере одному элементу, за которым следует ссылка на элемент, может включать в себя один или несколько элементов. Кроме того, различные аспекты вариантов осуществления могут быть использованы в сочетании друг с другом для достижения понимания целей раскрытия. Если контекст не требует иного, слово "содержать" или его вариации, такие как "содержит" или "содержащий", следует понимать как включение, по меньшей мере, указанного элемента или этапа, или группы элементов или этапов или их эквивалентов, а не исключение большей числовой величины или любого другого элемента или этапа, или группы элементов или этапов или их эквивалентов. Устройство или система может быть использована в ряде направлений и ориентаций. Термин "соединенный", "соединение", "соединитель", и подобные термины используются здесь в широком смысле и могут включать в себя любой способ или устройство для крепления, связывания, скрепления, закрепления, прикрепления, присоединения, вставки в них, образования на нем или в нем, сообщения или иным образом связывания, например, механически, магнитным способом, электрически, химически, функционально, прямо или косвенно с промежуточными элементами, одного или некоторого числа элементов вместе, и может дополнительно включать в себя, без ограничения, целиком образующий один функциональный элемент с другим в единую форму. Соединение может иметь место в любом направлении, включая с возможностью вращения.
[0063] Порядок этапов может иметь место в различной последовательности, если иное специально не ограничивается. Различные этапы, описанные в данном документе, могут быть объединены с другими этапами, взаимосвязаны с изложенными этапами, и/или разделены на несколько этапов. Аналогичным образом, элементы описаны функционально и могут быть воплощены в виде отдельных компонентов или могут быть объединены в компоненты, имеющие многочисленные функции.
[0064] Настоящее изобретение было описано в контексте предпочтительных и других вариантов осуществления, и не каждый вариант осуществления изобретения был описан. Очевидные модификации и изменения в описанных вариантах осуществления являются доступными для специалистов в данной области техники, учитывая раскрытие, содержащееся в настоящем документе. Раскрытые и не раскрытые варианты осуществления не предназначены для лимитирования или ограничения сферы или применимости изобретения, представленного Заявителем, но, скорее, в соответствии с патентным Законодательством, Заявитель намерен полностью защитить все такие модификации и улучшения, которые входят в сферу или диапазон эквивалента следующей формулой изобретения.
1. Буровая морская платформа с системой для ослабления ее колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV), содержащая:
корпус буровой морской платформы;
ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью быть по меньшей мере частично погруженной ниже поверхности воды, имеющей течение потока, причем ферма задает площадь поверхности отсека фермы; и
одну или несколько боковых пластин, касательно соединенных вокруг периферии фермы, причем одна или несколько боковых пластин имеют меньшую площадь поверхности, чем площадь поверхности отсека фермы,
при этом по меньшей мере одна из боковых пластин расположена на ферме для образования открытого пространства для воды и выполнена с возможностью обеспечения течения воды вокруг по меньшей мере двух краев по меньшей мере одной из боковых пластин и обеспечения разделения воды вокруг по меньшей мере двух краев, когда морская платформа движется в поперечном направлении относительно текущего потока, и ослаблять VIV в буровой морской платформе по сравнению с VIV в буровой морской платформе без касательных боковых пластин.
2. Платформа по п.1, в которой боковые пластины имеют размеры и конфигурацию для ослабления VIV в буровой морской платформе на по меньшей мере 20% от VIV в буровой морской платформе без касательных боковых пластин.
3. Платформа по п.1, в которой по меньшей мере одна из касательных боковых пластин для заданного отсека фермы имеет размеры в ширину по меньшей мере 5% от диаметра корпуса и в длину по меньшей мере 15% от диаметра корпуса.
4. Платформа по п.1, в которой ферма образует множество сторон и по меньшей мере одна касательная боковая пластина соединена с каждой из двух противоположных сторон фермы с открытым пространством для воды между ними.
5. Платформа по п.1, дополнительно содержащая по меньшей мере две пластины вертикальной качки, расположенные в поперечном направлении через поверхность фермы и разделенные в продольном направлении друг от друга для отсека фермы.
6. Платформа по п.5, в которой по меньшей мере одна касательная боковая пластина образует площадь поверхности, которая составляет по меньшей мере 25% от площади поверхности отсека фермы.
7. Платформа по п.1, в которой касательные боковые пластины ориентированы в поперечном направлении, в продольном направлении, или комбинированно, в поперечном и в продольном направлении по всей ферме.
8. Платформа по п.1, дополнительно содержащая три пластины вертикальной качки, расположенные в поперечном направлении по всей ферме и разделенные в продольном направлении друг от друга, для образования двух отсеков фермы каждый с площадью поверхности отсека фермы через ферму и между пластинами вертикальной качки в каждом отсеке фермы, и где одна или несколько касательных боковых пластин имеют такой размер, чтобы покрывать по меньшей мере 25% площади поверхности отсека фермы в каждом из отсеков фермы на по меньшей мере одной поверхности фермы.
9. Платформа по п.8, в которой касательные боковые пластины ориентированы в поперечном направлении, в продольном направлении, или комбинированно, в поперечном направлении и в продольном направлении через по меньшей мере одну поверхность фермы.
10. Буровая морская платформа с системой для ослабления ее колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV), содержащая:
корпус буровой морской платформы, имеющий диаметр;
ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью быть по меньшей мере частично погруженной ниже поверхности воды, имеющей течение потока, причем ферма задает отсек фермы с областью, через которую может течь вода; и
одну или несколько касательных боковых пластин, касательно соединенных вокруг периферии фермы, причем одна или несколько боковых пластин имеют меньшую площадь поверхности, чем площадь поверхности отсека фермы, по меньшей мере одна из
боковых пластин расположена на ферме для образования открытого пространства для воды и выполнена с возможностью обеспечения течения воды вокруг по меньшей мере двух краев по меньшей мере одной из боковых пластин и обеспечения разделения воды по меньшей мер двух краев, когда буровая морская платформа движется в поперечном направлении относительно текущего потока, при этом по меньшей мере одна из боковых пластин для заданного отсека фермы имеет размеры в ширину по меньшей мере 5% от диаметра и в длину по меньшей мере 15% от диаметра.
11. Платформа по п.10, в которой касательные боковые пластины выполнены с возможностью ослабления VIV в буровой морской платформе по меньшей мере на 20% от VIV в буровой морской платформе без боковых пластин.
12. Способ для ослабления колебаний, вызванных вихреобразованием (VIV) в морской платформе, имеющей корпус; ферму буровой морской платформы, выполненную с возможностью по меньшей мере быть частично погруженной ниже поверхности воды, имеющей течение потока; причем ферма задает площадь поверхности отсека фермы; и одну или несколько боковых пластин, касательно соединенных вокруг периферии фермы, причем одна или несколько боковых пластин имеют меньшую площадь поверхности, чем площадь поверхности отсека фермы, по меньшей мере одна из боковых пластин расположена на ферме для образования открытого пространства для воды для течения воды вокруг по меньшей мере двух краев по меньшей мере одной из боковых пластин, содержащий:
разделение потока воды вокруг по меньшей мере двух краев по меньшей мере одной из боковых пластин, когда буровая морская платформа движется в поперечном направлении по отношению к текущему потоку;
генерирование сопротивления к поперечному движению на ферме, корпусе, или том и другом посредством разделения воды; и
ослабление VIV в буровой морской платформе, по сравнению с VIV в буровой морской платформе без пластин.
13. Способ по п.12, дополнительно содержащий ослабление поперечного движения буровой морской платформы с касательными боковыми пластинами.
14. Способ по п.12, в котором буровая морская платформа содержит по меньшей мере две пластины вертикальной качки, расположенные в поперечном направлении по всей ферме и разделенные в продольном направлении друг от друга для отсека фермы.
15. Способ по п.14, дополнительно содержащий разделение по меньшей мере 25% потока воды через отсек фермы.
