专利名称：一种超大型浮托安装驳船及其设计方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程安装装置，特别是指一种超大型浮托安装驳船及其设计方 法。
背景技术：
随着我国对石油资源消费的大幅度增加，国家能源战略受到很大挑战，经济有效 地快速开发我国近海石油资源备受关注。目前我国海洋石油开发的海洋石油生产平台由于 功能更加完善、工艺处理设备更加复杂，海洋石油生产平台上部组块重量有越来越大的趋 势。特别是水深100 300m的导管架平台，由于深水导管架结构重量大造价高，为了减少 投资成本，其平台组块将具备更为复杂和完善的工艺处理设备，以便在尽可能少的平台数 量情况下实现最大化的平台功能，从而使得经济效益最大化。目前，世界上已有重达四00(^ 的平台组块，而国内上部组块的重量最大的也已经达到27000t。目前常用的平台组块安装方法有吊装法和浮托安装法，对于20000t以上的平台 组块，若采用吊装法进行安装，需要使用大型浮吊进行海上分块安装，根据国际市场上浮吊 资源的能力，需要将组块分为3块以上分别吊装，并在海上进行分块焊接，这势必增加海上 安装作业的时间与成本。并且当海上油田建设数量多时，需要大量的浮吊资源，这必然会造 成浮吊资源的调配困难，并增加安装成本，甚至因浮吊资源不能按期到位，而使油田建设延 期。若使用浮托安装方法进行20000t以上的平台组块安装，由于浮托安装法不需要 进行海上分块焊接，可以实现组块的一次性安装，具有节省海上安装作业的时间与成本的 优点，是比较理想的大型组块海上安装方法。但是，浮托安装法受限于运送平台组块的驳 船。现有的驳船通常只能满足IOOOOt以内的平台组块的运送、安装需求，而可运载20000t 以上组块的驳船则屈指可数。由于能运载20000t以上组块的驳船排水量较大，且驳船船宽 通常都大于50m，而海洋平台受建造工艺和结构优化的限制，导管架腿或者浮式平台下部立 柱之间的槽口往往小于50m，使得驳船无法进入导管架腿之间的槽口。因此，适用于大型组 块浮托安装的驳船数量更是少之又少。大型浮托安装驳船资源的短缺，是制约大型组块浮 托安装的重要因素。超大型组块浮托安装对驳船主尺度的要求为1、载重量大，最好大于30000t ；2、 受平台组块跨度的限制，与平台对接一侧的驳船船宽不宜过大，最好控制在42m以下。3、受 导管架及浮式平台下部结构的限制，驳船型深不宜过大，最好小于20m。对于常规驳船来说， 这些要求是相互矛盾的——如果要增加载重量，普通驳船的长宽高势必增加。由于船宽和 型深受到限制，只能增加船长，而船体长度受驳船产生的总纵弯矩限制，且其尺寸应与船宽 和型深相协调，不能无限增加。因此，传统驳船的形式无法满足大型甲板组块浮托安装的要 求。综上所述，与吊装法相比，浮托安装法是超大型甲板组块较优的安装方法，但是需 要解决安装驳船的问题。如果大型安装驳船的问题不能解决，浮托安装法的优势也不能发挥出来。由于传统大型驳船无法满足浮托安装要求，建造/或改建什么结构形式的驳船，使 之能够应用于大型平台组块的浮托安装，是解决问题的关键所在。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种超大型浮托安装驳船及其设计方 法，使驳船既具有大载重量，又能符合海洋平台导管架对驳船的船宽和型深的要求。为达到上述目的，本发明所提供的一种超大型浮托安装驳船，其包括一船体以及 设置在所述船体中的压载系统，其特征在于所述船体分为宽度较小的船首部、过渡段和宽 度较大的船尾部，所述船尾部与所述船首部的宽度比值为1. 2 1. 7。沿船长方向的所述船首部与所述船尾部的长度之比为0. 8 1. 2。所述船尾部比所述船首部宽出的部分与所述船体为一体形成或为采用边浮体加 宽形成。所述边浮体与所述船体为固定连接或活动连接。所述船体主甲板上设置有滑道，所述滑道上设置有与海洋平台相匹配的支撑框
架所述船体主甲板上设置有滑道，所述滑道上设置有与海洋平台相匹配的支撑框架。所述船体船首部的左右舷侧设有护舷装置。本发明还提供了一种如上所述超大型浮托安装驳船的设计方法，其特征在于包括 以下步骤步骤一、确定船首部宽度及吃水参数(1)依据海上平台导管架腿之间的宽度距 离，确定驳船船首部的宽度，以符合海洋平台的结构强度及跨度的要求；(2)根据海洋平台 上部组块的重量及其放置于驳船上的位置，计算吃水参数以海洋平台上部组块放置于驳 船中部为基础，结合所述海洋平台上部组块的重量，计算出驳船的吃水参数；步骤二、确定船尾部的宽度依据海洋平台上部组块的重量和压载系统中的压载 水重量，计算出驳船所承受的压重，再根据重力平衡于浮力的原理，计算出驳船的排水量， 进而计算出船尾部的宽度。所述船尾部的宽度采用加装边浮体的方法进行调节，根据不同海洋平台上部组块 重量加装不同宽度的所述边浮体，通过调整所述船尾部的宽度调整所述驳船的承载力。所述边浮体与所述驳船采用固定连接或活动连接方式安装。采用上述技术方案，本发明具有如下优点1)它改变了人们对传统船舶宽度从首 至尾一致性的理念，更加符合海洋工程施工的实际需要，为大型海上施工机具提供了更为 宽广的设计方法。2、本发明由于是通过加装边浮体的方法来调节船尾部的宽度，因此本 发明的设计方法不仅可用于新建驳船设计方案中，也可用于老驳船改造方案中。3)由于本 发明所提供的浮托安装驳船具有船首部较窄，船尾部较宽的特点，不仅能保证驳船能够进 入海上平台下部的导管架腿或者浮式平台下部立柱之间的槽口，而且能够提高驳船的载重 量，满足超大型组块安装采用浮托法安装的要求，可以大幅节省使用大型浮吊与海上安装 的费用，且费用低廉。
图1为本发明的超大型浮托安装驳船的俯视2为本发明超大型浮托安装驳船拖载平台组块进行对接操作时的俯视3为本发明的超大型浮托安装驳船拖航平台组块的立面4为本发明的超大型浮托安装驳船与导管架平台上部组块对接前的剖视5为本发明的超大型浮托安装驳船与浮式平台上部组块对接前的剖视6为本发明的超大型浮托安装驳船与导管架平台上部组块对接后的剖视图
具体实施例方式现举以下实施例并结合附图对本发明的结构及功效进行详细说明。如图1 图4所示，为本发明提供的用于超大型海洋平台浮托安装的驳船，其具有 一船体1，船体1的两侧设有护舷装置2，在船体1的主甲板上设有与海洋平台相匹配的支 撑框架3。如图1所示，船体1包括宽度较小的船首部11、过渡段12和宽度较大的船尾部13， 船首部11经过渡段12逐渐加宽到船尾部13的宽度，船尾部13与船首部11的宽度比值控 制在1. 2 1. 7之间，不宜太大，否则拖航阻力太大，不利于拖航。船尾部13宽出船首部11 的部分，既可以采用一体成型的结构方式实现，也可以采用加装边浮体14的结构方式，边 浮体14采用优质钢材制造，焊接在驳船的过渡段12和船尾部13两侧，边浮体14也可以采 用可拆卸的活动连接方式。由此，本发明所提供的驳船具有宽度较小的船首部11，保证了海洋平台可以具有 较小的腿与腿之间的跨矩，节省甲板组块及其下部支撑结构的建造钢材，如果船首部宽大， 会使平台下部立柱之间的槽口尺度加大，对平台或组块结构的强度非常不利，根据现有的 海洋平台结构，船首部11的宽度以控制在40m 45m之间为宜。而宽度较大的船尾部13 使驳船具有足够大的排水量，给驳船提供了较大的浮力与调载空间，保证了对超大型甲板 组块的运载能力，并且使驳船尾倾时具有良好的浮力和稳性特征，使驳船可同时用于大型 导管架等海工结构物的下水安装。当需要拖载的海工结构物重量较大时，可进一步加大船体1的船尾部13的宽度使 之满足一定的排水量要求，如图1所示，在过渡段和宽度较大的船尾部13的两侧加装有边 浮体14，边浮体14采用可拆卸的方式安装，当需要更大排水量时，将其装上，不需要时可卸 下。以船首部11的宽度为42m的驳船为例，当装载2万吨组块时，驳船船尾部13的宽度为 52m宽；当需要装载3万吨以上重量组块时，驳船船尾部13的宽度需为65m，此时即可采用 在船尾部宽度为52m的驳船上加装边浮体14的方法，使船尾部13的宽度达到65m宽。在 驳船上其中一段加装边浮体14的方法更加适用于对现有大型驳船的改造。驳船拖载海洋平台上部组块10时，为了便于驳船调载保持良好的拖航浮态，并保 证船体重量分布有利于船体总纵强度，海洋平台上部组块10通常放在驳船船体1的船中部 位。而为了保证海上安装时放置平台组块的船体部分能进入平台下部结构槽口，要求驳船 船中或者靠近船中部分船宽较窄。为此，综合上述两点要求，船首部11的长度与船尾部13 的长度之比为0.8 1.2之间。如图1、图2所示，设置在船体1两侧的护舷装置2通常由橡胶制成，也可采用其他具有缓冲作用的材料，护舷装置2设置在船首部11的左右舷侧，用于防止船体1进入导管 架腿或者浮式平台下部立柱4之间的槽口之后船体1与导管架腿或者浮式平台下部立柱4 之间发生碰撞。护舷装置2的左端部分还可以起到限位的作用，即控制船体1进入导管架 腿或者浮式平台下部立柱4之间槽口的长度，保证平台组块10的下方接口能够刚好落入导 管架腿或者浮式平台下部立柱4中(如图4所示)。船体1甲板上还设置有滑道5，支撑框架3设置于其上，支撑框架3下端配备有与 滑道5相匹配的滑靴(图中未示)，以便于将海洋平台上部组块10拖拉装船。船体1中与现有的驳船一样设置有压载系统，以通过调整压载系统中的水量，调 整驳船内部的重量分布，从而调整船体的浮态。使用本发明所提供的驳船进行海洋平台浮托安装，既可以将其应用于导管架平台 组块的浮托安装，也可以应用于浮式平台组块的浮托安装。导管架腿或者浮式平台下部立 柱4预先安装在油田的预定作业海域，导管架中间留有可供驳船船体1进出的槽口。如图 4 图6所示，安装时，先将海洋平台上部组块10固定在驳船船体1甲板上的支撑框架3上， 再将驳船拖运到导管架腿或者浮式平台下部立柱4的一侧，驳船载运海洋平台上部组块10 到导管架的槽口一侧，驳船船宽较小的一端即船首部12对准槽口方向，等待合适的环境条 件，进行浮托安装对接作业。在实施安装作业之前切割支撑框架3与海洋平台上部组块10 之间的连接结构。当涨潮时，船体1的船首部11缓慢的进入到导管架腿或者浮式平台下部立柱4的 槽口之中，当海洋平台上部组块10的组块腿位于相应导管架腿或者浮式平台下部立柱4的 正上方时，船体1停止水平移动并保持平浮状态，船体1的船尾部13则位于导管架腿或者 浮式平台下部立柱4的槽口之外(如图2所示)。当高潮位到来后开始落潮时，对接作业开 始。先往驳船内增加压载水，使驳船吃水逐渐增加，在驳船吃水增加和潮位降低的双重作用 下，海洋平台上部组块10随驳船船体1 一起落下，逐步落到导管架腿或者浮式平台下部立 柱4上，其重量也从驳船船体1上转移到导管架腿或者浮式平台下部立柱4上(如图6所 示)。在下落的同时切割掉海洋平台上部组块10与支撑框架3之间剩余的支撑构件。在此 重量转移的过程中，同时继续之前的切割工作，全部切割驳船上支撑构件3与海洋平台上 部组块10之间的连接件。当海洋平台上部组块10放置于平台腿上之后，驳船继续压载，直 至驳船船体1上的支撑框架3与海洋平台上部组块10具有一定的安全间隙，牵引驳船从导 管架的槽口退出，而海洋平台上部组块10的组块腿将与导管架腿或者浮式平台下部立柱4 顶端的对接缓冲装置6发生碰撞，即完成浮托安装的对接过程。对接完成后，焊接海洋平台上部组块10与导管架腿或者浮式平台下部立柱4顶端 的结构，使海洋平台上部组块10与海洋平台结构成为一个整体，便完成海洋平台上部组块 的安装。下面以大型导管架上部组块的浮托安装为例，具体说明本发明的大型浮托安装驳 船的设计方法步骤一、确定船首部宽度及吃水参数1、依据海上平台导管架腿之间的宽度距离，确定船首部11的宽度为40m 45m，可 符合海洋平台的结构强度及跨度的要求。本实施例中将船首部11的宽度定为42米。2、根据海洋平台上部组块10的重量及其放置于驳船上的位置，计算吃水参数。
如图2所示，考虑浮托安装时驳船船体1进船的需要，海洋平台上部组块10放置 的位置处于驳船中部，具体来说位于过渡段12与船首部11，并以船首部11为主，且海洋平 台上部组块10的组块腿不得出现在船尾部13或者过渡段12，以避免海上安装时因船尾部 13及过渡段12无法进入导管架腿的槽口而导致对接失败或者海洋平台上部组块10的移 动。以海洋平台上部组块10放置于驳船中部为基础，结合海洋平台上部组块10的重量(本 实施例以30000t为例)，便可计算出驳船的吃水参数为7m(此计算过程为本领域的公知技 术，在此不再赘述)。步骤二、确定船尾部的宽度依据海洋平台上部组块10的重量和压载系统中的压载水重量(通常压载水重量 为海洋平台上部组块重量的30% 40% )，计算出驳船所承受的压重，再根据重力平衡于 浮力的原理，计算出驳船的排水量(驳船具有的浮力)，再结合驳船的吃水参数，进一步计 算得到船尾部的宽度(此计算过程为本领域的公知技术，在此不予详述)。以步骤一计算的吃水参数7m为例，当组块重量为2万吨 2. 5万吨时，驳船尾部 宽度为52. 5m ；当组块重量为3万吨 3. 5万吨时，驳船尾部宽度为65m。船尾部的宽度可 根据海洋平台上部组块10的重量一次设计完成，也可以分次完成；如果为分次完成，既在 船尾部宽度为52. 5m基础上，每舷加宽6. 25m的边浮体14。边浮体14与驳船为焊接连接。 如果为老驳船改造方案，则在每舷加装边浮体14，边浮体14与驳船本身能为海洋平台上部 组块10和压载水重量提供足够的浮力。采用上述设计方法设计的驳船的主要技术参数如下作业水深195米船长L = 205 米船宽B = 42米(首部)船宽B = 52. 5米(尾部，运载2万吨 2. 5万吨重的组块)船宽B = 65米(尾部，运载3万吨 3. 5万吨重的组块)型深D = 14. 25 米吃水T = 7米导管架腿数量4X 2导管架腿直径2. 5米组块长宽尺寸97米X 74米组块槽口宽度45米为了提供较大的浮力并满足浮托过程中的调载需求，该设计驳船的尺度较大，船 长在200m以上，船宽在40 80m，型深在Hm以上，能提供12万吨以上的排水量，可拖载3 万吨以上重量的海洋平台上部组块，可满足越来越大的海洋石油生产平台上部组块的安装需求。综上所述，船首部11的宽度决定了海洋平台上部组块10及导管架腿或者浮式平 台下部立柱4之间的跨度。而为保证海洋平台的结构强度，跨度越大，需要越强的结构件和 更多的结构钢材，平台的造价越高。且跨度越大，平台的建造也越困难。因此，船首部11的 宽度越大，对海洋平台越不利。本发明所提供的独特船体形状的驳船，解决了对大排水量需 求且船首宽度又不能太大的矛盾。而且，该方法方法摆脱了传统船舶的设计理念——船舶宽度从首至尾都一样的做法。这种船舶中某一段宽度可根据需要进行加宽的做法，是本发 明的关键所在。
权利要求
1.一种超大型浮托安装驳船，其包括一船体以及设置在所述船体中的压载系统，其特 征在于所述船体分为宽度较小的船首部、过渡段和宽度较大的船尾部，所述船尾部与所述 船首部的宽度比值为1.2 1.7。
2.如权利要求1所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于沿船长方向的所述船首部 与所述船尾部的长度之比为0. 8 1. 2。
3.如权利要求1或2所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于所述船尾部比所述船 首部宽出的部分与所述船体为一体形成或为采用边浮体加宽形成。
4.如权利要求3所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于所述边浮体与所述船体为 固定连接或活动连接。
5.如权利要求1或2或4所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于所述船体主甲板 上设置有滑道，所述滑道上设置有与海洋平台相匹配的支撑框架。
6.如权利要求3所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于所述船体主甲板上设置有 滑道，所述滑道上设置有与海洋平台相匹配的支撑框架。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的超大型浮托安装驳船，其特征在于所 述船体船首部的左右舷侧设有护舷装置。
8.—种如上所述超大型浮托安装驳船的设计方法，其特征在于包括以下步骤步骤一、确定船首部宽度及吃水参数(1)依据海上平台导管架腿之间的宽度距离，确定驳船船首部的宽度，以符合海洋平台 的结构强度及跨度的要求；(2)根据海洋平台上部组块的重量及其放置于驳船上的位置，计算吃水参数以海洋 平台上部组块放置于驳船中部为基础，结合所述海洋平台上部组块的重量，计算出驳船的 吃水参数；步骤二、确定船尾部的宽度依据海洋平台上部组块的重量和压载系统中的压载水重 量，计算出驳船所承受的压重，再根据重力平衡于浮力的原理，计算出驳船的排水量，进而 计算出船尾部的宽度。
9.如权利要求8所述超大型浮托安装驳船的设计方法，其特征在于所述船尾部的宽 度采用加装边浮体的方法进行调节，根据不同海洋平台上部组块重量加装不同宽度的所述 边浮体，通过调整所述船尾部的宽度调整所述驳船的承载力。
10.如权利要求9所述超大型浮托安装驳船的设计方法，其特征在于所述边浮体与所 述驳船采用固定连接或活动连接方式安装。
全文摘要
本发明涉及一种超大型浮托安装驳船及其设计方法，其包括一船体以及设置在所述船体中的压载系统，其特征在于所述船体分为宽度较小的船首部、过渡段和宽度较大的船尾部，所述船尾部与所述船首部的宽度比值为1.2～1.7。其设计方法包括步骤一、确定船首部宽度及吃水参数(1)依据海上平台导管架腿之间的宽度距离，确定驳船船首部的宽度；(2)根据海洋平台上部组块的重量及其放置于驳船上的位置，计算吃水参数；步骤二、确定船尾部的宽度依据海洋平台上部组块的重量和压载系统中的压载水重量，计算出驳船所承受的压重，进而计算出船尾部的宽度。本发明能够满足超大型组块的浮托安装要求，且用于浮托安装的驳船建造方便，实用性强、费用低廉。
文档编号B63B9/06GK102114899SQ20111002365
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者侯金林, 易丛, 李新仲, 李达, 白雪平, 范模, 谭越, 贾旭, 马巍巍 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心