《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》是南通中遠船務工程有限公司於2009年2月8日申請的專利，該專利的申請號為2009100289881，公布號為CN101481001，授權公布日為2009年7月15日，發明人是項立新、莊建軍、唐盛弢、張永康、錢保義、王勻、馬本勤、屠艷，該發明涉及深海工程裝備和大型船舶建造技術領域。
《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》是以半潛駁甲板作為合攏平台，合攏建造包括預分段合攏、限位和定位部件的設定、雙層底總段下水、總段旋轉、雙層底總段定位及後續合攏建造等步驟。該發明所涉及的一種旋轉式FDSO總段下水及合攏對接方法，藉助於半潛駁平台和總段下水旋轉，解決了無大型合攏用的船塢或船台時的圓筒型FDSO大型船舶和深海平台的合攏建造問題，安全可靠，工藝簡單，裝配精度高，可操作性和適應性強。
2014年11月6日，《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》獲得第十六屆中國專利金獎。
（概述圖為《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法
- 公布號：CN101481001
- 公布日：2009年7月15日
- 申請號：2009100289881
- 申請日：2009年2月8日
- 申請人：南通中遠船務工程有限公司
- 地址：江蘇省南通市崇川區中遠路1號
- Int.Cl.：B63B9/06（2006.01）I
- 代理機構：南通市永通專利事務所
- 代理人：葛雷
- 類別：發明專利
- 發明人：項立新、莊建軍、唐盛弢、張永康、錢保義、王勻、馬本勤、屠艷
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
全球海洋油氣總儲量的44％蘊藏在大於2000米的深水區，隨著海洋油氣開發向深水海域的不斷發展，對深海工程裝備的建造提出了更高的要求，傳統固定式平台已無法勝任深海作業，適應多海洋環境的超深海鑽井儲油平台（FDSO）已成為深海油氣開發的主要裝備，如SEVAN650圓筒形海洋鑽井平台，如圖1所示，筒體最大直徑84米，型寬75米，入DNV船級社的圓筒形石油鑽井平台；帶動態定位系統，平台主要有動力系統，泥漿系統，鑽井系統，動態定位系統，其它油船系統等，是全球範圍內第一艘圓筒形海洋鑽井平台，技術難度和生產難度都很大。
截至2009年2月，FDSO普遍採用船塢和船台兩種方式建造，即按照海工類產品的功能需求對FDSO本體進行分段劃分，分別製造分段，然後在船塢或船台上按照一定的順序對接、合攏和焊接各分段形成總段。採用船塢和船台建造FDSO方法需要建造特定尺寸的船塢和船台，適應性差，投入大，建造周期長，利用率不高。經檢索中國國內外已有為數不多的關於海上工程裝備安裝和建造的專利技術報導，美國EdwardE.Horton申請的Method/Apparatus for assembling a floating off shore structure（浮式海上結構的安裝方法和裝置），批准號為US6135673，其方法是利用海上平台底部構件中空艙室的浮力使得底部和所需安裝的甲板對接裝配形成一個整體。美國專利US4848967所述的Load-transfer system for mating an integrated deck with an off shore platform substructure（整體甲板和海上平台底部對接合攏時的消振系統），其原理是利用外伸於甲板的探針和由雙彈簧組成的吸振系統，減少對接安裝整體甲板和平台底部結構時的振動載荷；US3528254“Off shore plat for mstructure and construction method”（海上平台結構和建造方法）描述了頂部平台和底部結構上的艙室先對接相連，而後在壓艙物的作用下和底部結構接觸併合攏的方法。中國專利CN1305731C、CN2590718Y和CN1824571A報導了各種總段合攏方法和裝置，主要是利用船台滑道上的滑移、行走軌道或者船台來實現總段的合攏和本體建造，但是主要套用於大型船舶的建造，而且大多仍需藉助於船台和船塢；專利CN1733550A涉及的平地底駁造船法雖然無需船塢船台，但是局限於自底向上型（底駁、上層船體、最後動力裝置）的大型船舶建造。2009年2月前報導的關於海洋工程裝備合攏和建造的研究主要是針對利用艙室的浮力或者壓艙物實現合攏的方法以及合攏過程中的動態載荷的消減技術，絕大部分仍需藉助於船台和船塢，針對無需船台船塢的圓筒型FDSO合攏建造模式並未涉及。另外，圓筒型FDSO是按照殼、舾、塗一體化的區域造船思路建造的，其製造要求高於一般船舶，要滿足無餘量精度造船的要求，合攏對接和焊接過程均需嚴格控制，總段由各區域的諸多分段組成、管系和電纜等組成，不藉助於船台和船塢，總段合攏難以進行。
發明內容
專利目的
《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》的目的是提供一種無需船台和船塢，可操作性和適應性強的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法。
技術方案
《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》特徵在於：以半潛駁甲板作為合攏平台，合攏建造包括以下步驟：
1）預分段合攏，按照對稱的原則由內向外將雙層底總段的各分段拼接起來，依靠在半潛駁甲板上搭建的合攏胎架，實現雙層底總段的初合攏；
2）限位和定位部件的設定，在分段內圈艙壁旁90°～180°和270°～360°位置均勻設定圓管，同時在半潛駁中心線和總段內底板中心線位置分別設定T型鋼和工字鋼；在總段內底板上增設6個臨時帶纜樁；
3）第三階段為雙層底總段下水，藉助於壓艙物使半潛駁下沉和總段的浮力使總段和半潛駁脫離；
4）第四階段為總段旋轉，利用半潛駁四角塔樓上的絞車及纜繩實現總段的90旋轉°；浮起以後將半潛駁靠泊於碼頭，繼續合攏其它分段；
5）第五階段為雙層底總段定位及後續合攏建造，進行總段四角水平調整，直至滿足精度要求，然後進行後續分段合攏建造。
合攏胎架由圓鋼管、斜支撐、支撐面板和頂板組成，通過在半潛駁甲板上安裝有多根直徑580毫米、高度1.2米的圓鋼管，用斜支撐和支撐面板加以固定，圓鋼上面焊接有頂板，底面固定有底板，多根圓鋼管成合攏胎架。
雙層底總段外形是圓柱體，總段下水後浮起平穩無傾斜。
分段內圈艙壁處所安裝的圓管規格為直徑450毫米，高度5.5米，兩邊各8根，共16根，防止總段受水流影響而漂浮和旋轉後中心偏差過大；在總段內底板中心線位置安裝的工型鋼有2根，焊接斜撐加以固定，工型鋼規格為300×15+200×20，高5.5米，在半潛駁中心線位置安裝的T型鋼有2根，焊接斜撐加以固定，T型鋼規格為T300×15+200×20，高5.5米，用於限制旋轉超差和中心線對位。
總段下水旋轉應儘量滿足下列條件：風速≤6級（浦氏風標），流速≤2.0米/秒，有義波高≤0.5米，作業區域水深≥10米，半潛駁下潛區域無突出異物。
半潛駁外移距離要大於15米；當半潛駁胎架頂部與總段底部的有效間隙不小於半潛駁最大四角吃水差+總段最大四角吃水差+300毫米時，半潛駁下沉停止；當分段上2根工字鋼與半潛駁上的2根T型鋼完全接觸時，停止總段旋轉。
改善效果
《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》所涉及的一種旋轉式FDSO總段下水及合攏對接方法，藉助於半潛駁平台和總段下水旋轉，解決了無大型合攏用的船塢或船台時的圓筒型FDSO大型船舶和深海平台的合攏建造問題，安全可靠，工藝簡單，裝配精度高，可操作性和適應性強。
該發明具有如下技術優勢：
1.由於採用半潛駁作為合攏平台，作業場地小、無需船塢或船台的建造，節約了建造成本。
2.在旋轉總段前是按照“殼、舾、塗”一體化的區域造船理念進行設計和分段劃分的，旋轉式FDSO總段下水及合攏對接方法不違反區域造船方法，可實現無餘量精度建造的要求。
3.可建造的海洋裝備種類多，適應性強，具有較大的建造柔性，各種功能和布置複雜的FDSO、海上工程裝備和大型船舶等都可以實現建造。
4.旋轉式FDSO總段下水及合攏對接方法簡單實用，工藝簡單，套用範圍廣，可操作性和可重複性強，只要半潛駁上能夠裝配對應的底層結構，就能夠實現底層總段的合攏建造，為其他海洋工程裝備建造提供了指導。
5.因為總段類似於中空開口箱體，外形為圓柱體，形狀和內部結構比較規則，所以總段浮起平穩，合攏和後續分段的裝配精度高，也減少了平面度調整的工作量。
附圖說明
圖1是半潛駁和雙層底總段下水前的主視圖。
圖2是FDSO總段旋轉前的平面示意圖。
圖3是FDSO總段旋轉後的平面示意圖。
圖4是限位裝置的布置圖。
圖5是在半潛駁甲板上拼接各分段時的合攏胎架布置圖。
圖6是合攏胎架所用圓管安裝示意圖。
圖中：1、半潛駁，2、半潛駁駕駛控制台，3、壓艙物，4、半潛駁帶纜樁，5、合攏胎架，6、總段內底板，7、T型鋼，8、半潛駁甲板，9、四角塔樓上的絞車，10、臨時帶纜樁，11、碼頭，12、分段，13、總段內底板寬度方向的中心線，14、半潛駁長度方向中心線，15、工字鋼，16、分段內圈艙壁圓管安置位置，17、圓管，18、頂板，19、斜支撐，20、支撐面板，21、搭建合攏胎架的圓鋼，22、雙層底總段，23、雙層底分段頂板平面，24、合攏胎架頂部，25、底板。
權利要求
1、《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》特徵在於：以半潛駁甲板（8）作為合攏平台，合攏建造包括以下步驟：
1）預分段合攏，按照對稱的原則由內向外將雙層底總段的各分段（12）拼接起來，依靠在半潛駁甲板（8）上搭建的合攏胎架（5），實現雙層底總段（22）的初合攏；
2）限位和定位部件的設定，在分段內圈艙壁（16）旁90°～180°和270°～360°位置均勻設定圓管（17），同時在半潛駁中心線（14）和總段內底板（13）中心線位置分別設定T型鋼（7）和工字鋼（15）；在總段內底板上增設6個臨時帶纜樁（10）；
3）第三階段為雙層底總段下水，藉助於壓艙物（3）使半潛駁（1）下沉和總段的浮力使總段（22）和半潛駁（1）脫離；
4）第四階段為總段旋轉，利用半潛駁四角塔樓上的絞車（9）及纜繩實現總段（22）的90旋轉°；浮起以後將半潛駁（1）靠泊於碼頭（11），繼續合攏其它分段；
5）第五階段為雙層底總段定位及後續合攏建造，進行總段（22）四角水平調整，直至滿足精度要求，然後進行後續分段合攏建造。
2、根據權利要求1所述的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法，其特徵在於：合攏胎架（5）由圓鋼管（21）、斜支撐（19）、支撐面板（20）和頂板（18）組成，通過在半潛駁甲板（8）上安裝有多根直徑580毫米、高度1.2米的圓鋼管（21），用斜支撐（19）和支撐面板（20）加以固定，圓鋼管（21）上面焊接有頂板（18），底面固定有底板（25）， 多根圓鋼管成合攏胎架（5）。
3、根據權利要求1或2所述的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法，其特徵在於：雙層底總段（22）外形是圓柱體，總段下水後浮起平穩無傾斜。
4、根據權利要求1或2所述的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法，其特徵在於：分段內圈艙壁處（16）所安裝的圓管（17）規格為直徑450毫米，高度5.5米，兩邊各8根，共16根，防止總段受水流影響而漂浮和旋轉後中心偏差過大；在總段內底板（13）中心線位置安裝的工型鋼（15）有2根，焊接斜撐加以固定，工型鋼規格為300×15+200×20，高5.5米，在半潛駁中心線（14）位置安裝的T型鋼（7）有2根，焊接斜撐加以固定，T型鋼規格為T300×15+200×20，高5.5米，用於限制旋轉超差和中心線對位。
5、根據權利要求1或2所述的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法，其特徵在於：總段下水旋轉應儘量滿足下列條件：風速≤6級（浦氏風標），流速≤2.0米/秒，有義波高≤0.5米，作業區域水深≥10米，半潛駁下潛區域無突出異物。
6、根據權利要求1所述的浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法，其特徵在於：半潛駁外移距離要大於15米；當半潛駁胎架頂部（24）與總段底部的有效間隙不小於半潛駁最大四角吃水差+總段最大四角吃水差+300毫米時，半潛駁下沉停止；當分段上2根工字鋼（15）與半潛駁上的2根T型鋼（7）完全接觸時，停止總段旋轉。
實施方式
該實施例以SEVAN650圓筒型海洋鑽井平台來說明，整個合攏對接工藝包括預分段合攏，設定限位和定位部件，總段下水，總段旋轉，總段重新定位及後續合攏建造。
其主要步驟的詳細描述如下：
1.預分段合攏
SEVAN650海洋鑽井平台是按照區域造船法建造的，套用成組技術和最佳化方法劃分各分段，組成總段，以總段為區域載體，按區域實現殼、舾、塗作業一體化，以塗裝為重點安排分段建造工作。在劃分各分段時，SEVAN650平台13.4米高度以下的筒體分成兩半，13.4米以上的部分再進行分段。如圖1所示，按照對稱的原則由內向外將雙層底總段的各分段（12）拼接起來，在SEVAN650各分段（12）完成區域舾裝後，不藉助船塢或船台進行總段合攏，而是選擇在120米×59.8米的半潛駁甲板（8）上搭建的合攏胎架（5）進行預合攏。首先在半潛駁甲板（8）上按照各分段均勻布置多根支撐用圓鋼管（21），圓鋼管（21）直徑580毫米、高度為1.2米，為了使得承載均勻，在圓鋼管（21）上焊接有頂板（18），底部固定有底板（25），頂板（18）和底板（25）的直徑為600毫米，厚度為10毫米，為了增強支撐剛度，在圓鋼管（21）對稱位置焊接有斜支撐（19）和支撐面板（20），支撐面板（20）焊接在距離底板（25）底面800毫米的位置，支撐面板（20）規格為15毫米×200毫米，斜支撐（19）為三角形角鋼，規格為10毫米×200毫米×300毫米，多根焊接固定好的圓鋼管形成合攏胎架（5），圓鋼管的布置圖如圖5所示，焊接固定方法如圖6所示。在預分段合攏過程中，對半潛駁的平面度要求很高，為此，在半潛駁甲板（8） 上安置完畢合攏胎架（5）後，需要利用雷射經緯儀控制合攏胎架的平面精度在±10毫米以內。
2.設定限位和定位部件
先採用雷射測量法測出半潛駁中心線（14）和總段內底板寬度方向的中心線（13），打洋沖，並用油漆標出，找出中心線後設立測量標桿。如圖4所示，在分段內圈艙壁（16）的90°～180°和270°～360°位置分別均勻設定8根直徑0.45米，壁厚為12毫米，高5.5米的圓管（17），共16根，如果逆時針方向從半潛駁中心線（14）計算，分段內圈艙壁（16）90°～180°處布置的8根圓鋼的間隔角度依次為1°，8°，11°，12°，12°，12°，12°，12°，仍然逆時針方向從半潛駁中心線（14）計算，分段內圈艙壁（16）270°～360°處布置的8根圓鋼的間隔角度依次為3°，11°，11°，11°，11°，11°，11°，11°，所有圓管（17）的中心距離總段中心12065毫米；在總段內底板中心線（13）位置安裝2根工字鋼（15），規格為I300毫米×15毫米+200毫米×20毫米，高5.5米，工字鋼長度為6.5米，用斜撐加以固定在總段的分段上；在半潛駁中心線位置安裝2根固定有斜撐的T型鋼（7），規格為T300毫米×15毫米+200毫米×20毫米，高5.5米，T型鋼（7）距離總段中心12090毫米，用斜撐加以固定。16根圓管（17）是為防止總段受水流影響而漂浮和旋轉後中心偏差過大，T型鋼（7）和工字鋼（15）用於限制旋轉超差和中心線對位。
3.總段下水
選擇合適的條件實施總段下水，條件如下：風速≤6級（浦氏風標），流速≤2.0米/秒，有義波高≤0.5米，作業區域水深≥10米，半潛駁下潛區域無突出異物，避免半潛駁下潛時損壞船底結構。
總段下水前的平面圖如圖2所示，在總段下水前，除了利用半潛駁帶纜樁固定外，需要在總段內底板（7）上安置6個臨時帶纜樁（10）。在船體外板45°、135°、225°、315°位置標註臨時水尺標記，並塗上醒目顏色的油漆；按船隊要求在遠通塢塢尾甲板焊裝導纜樁用於半潛駁（1）定位；檢查所有的分段合攏接縫是否完全焊接；如圖3所示，總段內地版（7）1.5以下部分所有孔用橡膠封閉完畢。半潛駁下潛前對所有擱墩固定進行檢查，確保擱墩在有可能受到外力作用時不傾倒；拆除分段與半潛駁所有的連線件，並認真檢查，確保外底板上無任何突出物和連線體；半潛駁甲板上無關的物件吊離，並將甲板面打掃乾淨；按船隊要求將纜繩設定好；準備4隻潛水泵應急用，並架設好電纜。
利用壓艙物（3）使半潛駁慢速下沉，雙層底總段（22）下水，當總段開始浸水時，派人檢查總段內是否滲漏，安排人員檢查半潛駁的四角吃水和SEVAN650的吃水。當半潛駁吃水大約為9.1米、總段的分段（12）吃水大約為0.82米的時候，觀察雙層底總段的分段（12）狀況；當總段與半潛駁完全脫離，繼續慢慢下沉半潛駁；當半潛駁胎架頂部（24）與總段底部的有效間隙不小於（半潛駁最大四角吃水差+總段最大四角吃水差+300毫米）時，半潛駁下沉停止。在整個下潛過程中雙層底部總段是以自身浮力和半潛駁脫離，處於座墩狀態，結構沒有集中受力，安全可靠。
4.總段旋轉
半潛駁（1）水平外移15米，利用半潛駁四角塔樓上的系泊絞車（9）及與總段相連的纜繩，90°緩慢旋轉總段（22），當分段上2根工字鋼與半潛駁上的2根T型鋼完全接觸時，停止總段旋轉。調整好總段的位置， 拉緊四根纜繩，然後慢慢浮起半潛駁（1）。當總段座墩時，停止半潛駁排水，再次檢查總段的定位狀態，在確認無誤後，繼續排水，直至總段完全座墩為止。總段旋轉後的平面圖如圖3所示。
5.重新定位及後續合攏建造。
總段浮起時要及時調整半潛駁的水平度，防止內圈的圓管（17）受到總段的擠壓。總段浮起以後，利用雷射經緯儀調整總段四角水平，平面精度在±10毫米以內。將半潛駁（1）靠泊於碼頭（11），繼續合攏其它分段。
《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》所涉及的一種旋轉式FDSO總段下水及合攏對接方法，藉助於半潛駁平台和總段下水旋轉，解決了無大型合攏用的船塢或船台時的圓筒型FDSO大型船舶和深海平台的合攏建造問題，安全可靠，工藝簡單，裝配精度高，可操作性和適應性強。
榮譽表彰
2014年11月6日，《浮式鑽井儲油平台總段下水及旋轉合攏對接方法》獲得第十六屆中國專利金獎。
