海上作业设施及其建造方法与流程

本发明涉及一种海上作业设施及其建造方法，该海上作业设施可用于建造诸如海上风力发电设备等海上设备。

背景技术：

从有效利用自然能源的观点来看，海上风力发电引起了关注。

为了建造海上风力发电设备，经常使用海上作业设施诸如自升降平台(self-elevatingplatform,sep)。自升降平台通常具有多个支腿和由这些支腿支撑以可竖向移动的船体(专利文献1和2)。用于工作的起重机安装在船体上，并且使用该起重机来组装海上风力发电设备。船体也可以用作海上风力发电设备的各部分的货物处理空间。

引文清单

专利文献

专利文献1：日本专利特开号2015-37925

专利文献2：日本专利特开号2016-215937。

技术实现要素：

技术问题

近年来，已经开发了例如6mw或以上的大输出海上风力发电设备作为海上风力发电设备。伴随于此，海上风力发电设备本身的尺寸已经变得更大，并且除了着陆型之外，浮式设备也在被开发并投入实际使用。如上所述，海上作业设施的船体配备有用于作业的起重机，并且还被用作各个部分的货物处理空间。因此，为了建造大型海上风力发电设备，需要具有更大的船体的海上作业设施。此外，为了建造浮式风力发电设备，需要具有即使在水深超过90m的海域也能够稳定地工作的海上作业设施。

现有的自升降平台不可以用于深度超过90m的水域中的海上建造。因此，通常使用大型的浮式起重机，但是容易受到波浪的影响，且容易发生作业待机时间，导致作业效率降低。另一方面，具有大型船体的海上作业设施导致从港口到建造海上设备的海域的拖曳速度降低。拖曳速度的降低导致更长的海上设备建造周期。

因此，本发明的目的之一是提供一种即使在深海区域也能够进行稳定作业并提高作业效率的海上作业设施及其建造方法。

问题的解决方案

根据本发明的海上作业设施是包括如下的海上作业设施：

三个或更多个支腿；

船体，该船体被构造为浮式结构并被支撑成能够相对于支腿上下移动；以及

起重机，该起重机安装在船体上；

其中，船体包括其中布置有支腿的主船体部分和通过从主船体部分悬伸而形成的悬伸部分；

该海上作业设施是通过将悬伸部分和起重机添加至具有主船体部分和支腿的现有的自升式钻井平台来构造的；

通过使用现有的自升式钻井平台上安装的船载钻井设备的悬臂的支撑结构，将悬伸部分添加至主船体部分；以及

起重机安装在悬伸部分上。

一种建造海上作业设施的方法，包括：

准备自升式钻井平台，该自升式钻井平台包括：三个或更多个支腿、其中布置有支腿并被支撑以能够相对于支腿上下移动的主船体部分、通过支撑结构被支撑到主船体部分的悬臂、以及布置在悬臂上的钻井设备；

从自升式钻井平台移除悬臂和钻井设备；

使用支撑结构将通过从主船体部分悬伸而形成的悬伸部分添加至主船体部分；以及

将起重机安装在悬伸部分上。

发明的有益效果

根据本发明，可以提供一种即使在深海区域也能够稳定且有效地工作的海上作业设施。此外，根据本发明的建造海上作业设施的方法，可以在短时间内且以低成本建造上述海上作业设施。

附图说明

[图1]图1是根据本发明实施例的海上作业设施的示意性侧视图。

[图2]图2是图1所示的海上作业设施的示意性平面图。

[图2a]图2a是示出了图2所示的海上作业设施中的船体的内部结构的图。

[图3]图3是示出了当起重机布置在由支腿围成的区域中时起重机的工作范围的图。

[图4]图4是根据本发明的另一实施例的海上作业设施的示意性侧视图，其中船体具有多层结构。

[图5]图5是示出了图1所示的海上作业设施的使用形式的示例的图。

具体实施方式

参照图1至图3，示出了根据本发明的一个实施例的海上作业设施1具有支腿10、由支腿10支撑的船体20以及安装在船体20上的起重机30。海上作业设施1可以用于诸如海上风力发电设备之类的海上设备的建造。船体20被构造为浮式结构，并且当使用海上作业设施1来建造海上设备时，该海上作业设施1被诸如拖船之类的拖引船拖曳到建造该海上设备的海域。

在由海上作业设施1进行的海上作业期间，支腿10将船体20支撑在海平面以上。因此，支腿10具有的长度能够在支腿10的下端部分被设置在海底的状态下将船体20支撑在海面以上。为了稳定地支撑船体20，海上作业设施1具有三个或更多个支腿10。支腿10的结构可以是任意的，只要支腿10能够执行上述功能，并且可以采用已知的结构，例如，用于自升降平台的支腿的结构，该自升降平台是一种海上作业设施1或自升式钻井平台。尽管支腿10的长度不受特别限制，但是优选地，支腿10的长度需足够长，以允许即使在超过90m的海域中进行建造时支腿10可到达底部，且稳定地进行建造而不受波浪影响。支腿10的截面形状不受特别限制，并且可以是诸如圆形或多边形之类的任何形状。

船体20由升降机构(未示出)支撑，从而可相对于支腿10竖向地移动。作为升降机构，可以使用诸如齿条与齿轮机构之类的任何机构。当拖曳海上作业设施1时，操作升降机构以使支腿10相对于船体20升起，使得支腿10不到达海底。由于船体20被构造为浮式结构，因此海上作业设施1通过使支腿10升起而浮在海面之上，并且可以在该状态下拖曳海上作业设施1。

船体20具有甲板20a、底部20b和外侧壳体20c，由此船体20被构造为浮式结构，在该浮式结构中形成封闭的内部空间。如图2a所示，船体20的内部空间被作为加强构件的至少一个隔板20d划分成多个区段，由此确保了足够的机械强度，使得船体20的上表面能够用作工作空间和待建造的海上设备的部件存储空间。

如图2所示，船体20具有主船体部分21、第一悬伸部分22和第二悬伸部分23。在图示的实施例中，船体20具有一个第一悬伸部分22和两个第二悬伸部分23。但是，第一悬伸部分22的数量和第二悬伸部分23的数量可以是任意的。在主船体部分21、第一悬伸部分22和第二悬伸部分23中，主船体部分21是从上方观察时面积最大的部分，并且支腿10布置在主船体部分21的外边缘部分处。因此，主船体部分21的上表面的大部分可以用作工作空间和待建造的海上设备的部件存储空间。当海上设备是海上风力发电设备时，优选地，船体20具有的空间例如可以放置用于一个海上风力发电设备的部件。主船体部分21的平面形状可以是任意的。

当从上方观察时，第一悬伸部分22具有的形状相对于连接两个相邻的支腿10的一侧从主船体部分21悬伸成凸形的形状。此外，优选的是，第一悬伸部分22的上表面与主船体部分21的上表面在同一平面中。因此，船体20的上表面上的工作空间和部件存储空间可以充分地扩展。

起重机30安装在第一悬伸部分22上。起重机30可以是固定式或履带式。但是，由于通常在第一悬伸部分22上进行工作而不移动，因此固定式起重机30就基本足够了。此外，固定式起重机30的优点还在于，其与履带式起重机相比，固定式起重机在船体20上占据的面积更小，并且可以确保在船体20上具有更大的空间。

通过将起重机30安装在第一悬伸部分22上，起重机30定位于由支撑船体20的所有支腿10(在该实施例中为三个支腿10)围绕的区域之外。

因此，如图2所示，通过将起重机30安装在第一悬伸部分22上并将其定位在由支腿10围绕的区域之外，起重机30的工作范围θ1(围绕起重机30的旋转中心o的旋转范围)可以扩展到超过180°的范围。另一方面，如图3所示，在起重机30安装在主船体部分21上时，由于支腿10通常布置在主船体部分21的角落部分，因此起重机30将定位于两个支腿10之间的区域中。因此，起重机30的工作范围θ2小于180°。通过扩展起重机30的工作范围，可以提高起重机30的工作自由度。

只要船体20整体上被构造为浮式结构，则第一悬伸部分22本身可以被构造为浮式结构或者可以不被构造为浮式结构。当第一悬伸部分22被构造为浮式结构时，像主船体21一样，第一悬伸部分22可以具有甲板、底部和外侧壳体，其在第一悬伸部分22中形成内部空间。如果有必要，第一悬伸部分22还可以具有隔板。

第二悬伸部分23形成在与第一悬伸部分22不同的位置，以便以不超过主船体部分21的宽度的形状从主船体21悬伸出。当从上方观察时，与第一悬伸部分22类似，第二悬伸部分22也可以具有相对于连接两个相邻的支腿10的一侧从主船体部分21悬伸出的凸形的形状。第二悬伸部分23被构造为浮式结构。因此，像主船体部分21一样，第二悬伸部分23可以具有甲板、底部和外侧壳体，其在第二悬伸部分23中形成内部空间。如果有必要，第二悬伸部分23还可以具有隔板。

通过将第二悬伸部分23添加到主船体部分21，扩展了船体20上的空间，并且同时提高了海上作业设施1在拖曳期间的稳定性。此外，由于第二悬伸部分23具有的形状不超过主船体部分21的宽度，因此能够抑制在拖曳期间的阻力增加。因此，可以通过抑制拖曳速度的降低来有效地拖曳海上作业设施1。为了进一步抑制拖曳期间的阻力，在将海上作业设施1配置成以图2a所示的白色箭头方向拖曳时，优选的是，第二悬伸部分23形成为如下形状：在该形状中，主船体部分21和第二悬伸部分23被组合，且该形状是船形的，宽度在从船首侧向船尾侧的方向上加宽。

尽管上面已经描述了船体20具有单层的情况，但是船体20可以具有多层结构。图4示出了具有多层船体的海上作业设施的示意性侧视图。在以下图4所示的海上作业设施的描述中，与以上描述的海上作业设施的部件相同的部件由与图1等附图中的附图标记相同的附图标记来表示，并且省略了其描述。

在图4所示的海上作业设施1中，船体20包括：第二甲板120a，其布置在甲板20a上方并相对于甲板20a有一空间；第二外侧壳体120c和第二隔板(未示出)，其支撑第二甲板120a并相对于甲板20a有一空间。因此，船体20具有双层结构。通过甲板20a、第二甲板120a、第二外侧壳体120c和第二隔板，布置在甲板20a上方的结构被构造为浮式结构，在该结构中形成有被划分为多个区段的内部空间。因此，即使将诸如第二甲板120a、第二外侧壳体120c和第二隔板之类的结构添加到甲板20a，船体20也能确保允许拖曳该海上作业设施所需的浮力。

第二甲板120a和第二外侧壳体120c可以布置在与主船体部分21(参见图2)、第一悬伸部分22(参见图2)和第二悬伸部分(参见图2)之中的至少主船体部分21相对应的位置。即，不需要船体20的所有区域都具有双层结构。但是，为了有效地利用船体20的上表面，优选地布置第二甲板120a和第二外侧壳体120c，使得主船体部分21、第一悬伸部分22以及第二悬伸部分23的所有区域具有双层结构。

由于船体20具有双层结构，因此可以提高船体20的机械强度，并且可以将较重的物体安装在船体20上。因此，当将部件从用于海上设备建造的建造场所运输到建造现场的海域时，可以使用该海上作业设施来运输更多或更重的物体。尽管此处已经描述了船体20具有双层结构的情况，但是船体20也可以被构造成具有三层或更多层。

接下来，将通过以海上设备是海上风力发电设备为例来描述使用本实施例的海上作业设施1来建造海上设备的方法。

首先，将各种部件诸如海上风力发电设备的风力涡轮机构件和海上作业设施1从用于建造的建造场所移至作为建造现场的海域。在支腿10相对于船体20升起且船体20浮在海面上的状态下，通过用拖引船拖曳海上作业设施1来使海上作业设施1移动。此时，海上风力发电设备的部件安装在船体20上。如果船体20具有用于安装一个海上风力发电设备的部件的空间和机械强度，则不需要用于运输部件的船来移动海上风力发电设备的部件。

当海上风力发电设备和海上作业设施1的部件的移动完成时，海上作业设施1的支腿10相对于船体20下降，并且支腿10设置在海底。此时，如图1所示，支腿10下降直到船体20位于海面上。由此，可以在不受海况影响的情况下建造海上风力发电设备。

在将支腿10设置在海底之后，船体20上的部件被起重机30悬挂，并且海上风力发电设备通过起重机30组装。由于起重机30安装在第一悬伸部分22上，且起重机30的工作范围被进一步扩展，使得组装可以顺利进行。

在组装海上风力发电设备之后，支腿10再次相对于船体20升起，并且海上作业设施1通过拖引船返回到建造场所。

也可以连接多个海上作业设施1，并将它们用作建造海上设备以装载和组装海上设备的部件的建造场所。图5示出了使用多个海上作业设施1的建造场所的平面图。

图5所示的建造场所通过连接三个海上作业设施1来构建，从而可以将海上设备的部件装载并组装在船体20上。由于起重机30安装在第一悬伸部分22上，因此可以确保更宽的船体空间。此外，通过布置海上作业设施1使得起重机30被交替地定位，即使同时操作多个起重机30，也可以防止彼此的干扰。

可以为每个项目安装建造场所。通过将海上作业设施1用作建造场所，当场所的工作完成时，可以将海上作业设施1移至用于海上设备的建造区域以建造海上设备。建造场所也可以用作永久设备。因此，通过将海上作业设施1用作建造场所，可以将海上作业设施用作海上设备的港口设备的替代品，并且可以以低成本且在短时间内安装建造场所。

上面已经以典型实施例为例描述了本发明。根据本发明的海上作业设施1可以通过添加第一悬伸部分22和起重机30、并且根据需要进一步添加第二悬伸部分23至具有主船体部分21和支腿10的现有的海上作业设施诸如自升降平台或自升式钻井平台来构造。“现有的海上作业设施”是指已经组装的并具有海上作业设施的预期功能的海上作业设施，并且可以通过修改这样的海上作业设施来构造根据本实施例的海上作业设施1。

通常，常规海上作业设施诸如自升降平台和自升式钻井平台包括自升降支腿和被支撑的平台(对应于本实施例的上述海上作业设施1中的主船体部分21)，以便能够相对于支腿上下移动。

因此，通过使用(修改)现有的海上作业设施来建造根据本发明的海上作业设施，可以分别使用现有的海上作业设施的支腿和平台来构造所述支腿10和主船体部分21。因此，可以更容易且以更短的建造周期获得海上作业设施，并因此可以实现海上作业设施的成本显着降低。特别地，通过使用现有的自升式钻井平台来建造海上作业设施1，可以更容易且以更短的建造周期获得海上作业设施，该海上作业设施可以在海上建造期间在大于90m的水深中通过将支腿设置在海底上而进行稳定的建造且不受波浪的影响。

此外，自升式钻井平台具有船载钻井设备，使得可以在设置在海底上的状态下执行石油和天然气的钻井工作。船载钻井设备安装在平台上安装的悬臂上。但是，悬臂通过驱动机构在平台上移动，并且在相对于平台悬伸的位置处进行钻井工作。为了支撑包括驱动机构和船载钻井设备的整个悬臂的负载，平台内部具有强度构件诸如隔板作为支撑结构，该强度构件具有必要的强度。

本实施例关注于此，在形成第一悬伸部分22时利用现有的自升式钻井平台的悬臂的支撑结构。即，第一悬伸部分22由悬臂的支撑结构支撑，并且从主船体部分21悬伸出。这里，“悬臂的支撑结构”是设置在平台上以支撑包括上述驱动机构和船载钻井设备的整个悬臂的负载的支撑结构，并且特别地，悬臂的支撑结构是具有支撑整个悬臂所需强度的强度构件，例如隔板。如上所述，通过利用原始设置在现有的自升式钻井平台中的支撑结构，可以在不新添加强度构件的情况下根据原始提供的强度构件而容易地添加第一悬伸部分22，该第一悬伸部分具有的机械强度足以安装起重机30，该起重机可以吊起重型结构诸如海上风力发电设备的机舱。因此，实现了海上作业设施的成本的显著降低。

当第一悬伸部分22是通过使用如上所述的用于自升式钻井平台的悬臂的支撑结构来构造时，移除自升式钻井平台的悬臂和船载钻井设备，第一悬伸部分22形成在悬臂的支撑结构上，并且起重机30安装在其上。因此，海上作业设施1不再用作钻井平台。

此外，当船体20具有多层结构以提高船体20的机械强度时，通常考虑用具有较高机械强度的甲板来更换原始提供的甲板。然而，诸如电线和供水/排水管之类的各种结构通常附接到甲板的下表面。因此，当更换甲板时，这些结构也需要一起被更换。因此，如图4所示，通过将甲板20a保持原样并将第二甲板120a布置在甲板20a上方，可以利用原始提供的电线和供水/排水管。因此，可以缩短海上作业设施1的建造周期并抑制建造成本的增加。

符号说明

1海上作业设施

10支腿

20船体

20a甲板

20b底部

20c外侧壳体

20d隔板

21主船体部分

22第一悬伸部分

23第二悬伸部分

30起重机

120a第二甲板

120c外侧壳体。

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