用于在转塔系泊浮船旁边动态地定位浮船的系统和方法

摘要

提供了一种能够遵循转塔系泊浮船的偏航运动的快速过渡浮船。该快速过渡浮船包括用于在转塔系泊浮船旁边动态地定位浮船的系统和处理，由此，浮船在与转塔系泊浮船连接的同时保持在安全距离处。这通过浮船在转塔系泊浮船围绕转塔系泊设备的中心随风改变方位时遵循该转塔系泊浮船的偏航运动来实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够遵循转塔系泊浮船(turretmooredfloatingvessel)的偏航运 动的快速过渡浮船(rapidtransitionfloatingvessel)。更具体地，本发明涉及一种用于 凭借以下方式在转塔系泊浮船旁边动态地定位浮船的系统和方法：当转塔系泊浮船围 绕转塔系泊设备(mooring)的中心随风改变方位(weathervane)时，该浮船能够通 过遵循转塔系泊浮船的偏航运动来保持与该转塔系泊浮船连接。

背景技术

诸如浮式生产平台这样的浮船因为这些移动平台可以容易地从一个地点移动至 另一地点而已经被广泛地用于油和气勘探/生产。在全世界存在超过200个操作的老 化的浮动平台。这些平台通常被部署在远离巴西、西非以及澳大拉西亚的近海点。仅 在巴西近海市场，就存在总计29个当前正在被部署的浮动平台。其中，超过65％的 这些浮动平台采用转塔系泊系统。转塔系泊系统使得平台能够针对波浪、风以及潮流 而采用最小阻力的方向在附近自由地随风改变方位。对于钻探操作而言，由于平台能 够自动地采用针对狂暴的要素而提供最小阻力的航向，因此这是有利的。

随着这些平台老化，需要在这些平台上执行维护和升级工作。此外，平台操作员 还经常尝试延长已部署的平台的海上寿命。这能够通过利用更新的型号更换磨损的设 备和机械或者升级现有的型号而因此延长平台的寿命来实现。平台操作员所面对的困 难在于在对这些平台的操作具有最小破坏的情况下，这些维护和升级工作必须在平台 仍处于海上的同时执行。如果要将平台断开或脱机以进行维护工作，则由于平台的停 机时间而导致的收入损失将不可逾越。

针对上述问题的解决方案是使用配备有必需的机器和工具的船，以在海上执行必 需的升级和维护工作。然而，大部分船不能够经受浮动平台操作中的汹涌的海和恶劣 的环境条件。能够在这种恶劣和不可预知的操作条件下操作的一种类型的浮船是被设 计用于近海工作的诸如半潜水器这样的浮船。

当前市场趋势是建造排水量(displacement)在30,000公吨至55,000公吨之间的 半潜水器。随着更多的半潜水器操作员倾向于向半潜水器装载尽可能多的诸如居住单 元、紧急救援中心、直升机停机坪、储存区以及这些其它空间消耗活动区这样的特征， 半潜水器在尺寸上正变得更重和更大。当半潜水器变得更大且更重时，需要更多的功 率来使这些半潜水器移动。同样地，功率推进器的尺寸或引擎的尺寸也增加。由于在 重量和可用功率方面的不平衡性，目前可用的半潜水器不能够在平台随风改变方位时 对转塔系泊平台的偏航运动做出足够快的响应。这是因为当前可用的半潜水器太重而 不能对偏航运动做出响应，或者半潜水器的推进功率被完全地用于位置保持(即，在 最恶劣的天气条件下使半潜水器保持固定)。因此，设计能够安全地在转塔系泊浮动 平台旁边操作的半潜水器是一种挑战。

发明内容

根据本发明解决本领域的上述和其它问题，并且进行技术上的推进。根据本发明 的系统和方法的实施方式的第一优点在于，即使当转塔系泊船围绕其转塔系泊设备的 中心随风改变方位时，浮船也能够在转塔系泊浮船旁边动态地保持其位置。根据本发 明的系统和方法的实施方式的第二优点在于，将浮船的总功率的约30％分配为剩余的 推力，由此向浮船提供足够的功率以对转塔系泊浮船的偏航运动做出响应。根据本发 明的系统和方法的实施方式的第三优点在于，浮船在不会与转塔系泊浮船相撞的情况 下表现出更高频率的低频偏航运动。这将转塔系泊浮船的正常运行时间(uptime)从 50％提高至85％以上。

通过按下面的方式操作的根据本发明的方法或计算机系统的实施方式来提供上 述优点。该系统首先确定浮船与转塔系泊浮船之间的线性距离。所述浮船被设置有多 个引擎，所述多个引擎包括至少一个主引擎和至少一个操纵引擎(manoeuvring engine)。该系统控制所述操纵引擎的输出功率，然后将所述操纵引擎的所述输出功 率引导到被设置在可转动的吊舱(pod)中的多个船用推进器(marinepropeller)，以 确保所确定的线性距离与第一距离匹配。此外，所述操纵引擎的总输出功率在所述多 个引擎的总功率的20％至35％之间，并且所述浮船具有所述多个引擎的总输出功率 与所述浮船的排水量的在0.80至1.10之间的比率。

根据本发明的实施方式，通过下面的等式来确定所述操纵引擎的用于遵循所述转 塔系泊浮船的转动位移的所述总输出功率：

$T=(M+A)·b·{\left(\frac{4·\pi }{T_P}\right)}^2,$

其中，T指示所述多个引擎推进器的最大总剩余输出功率，M指示所述浮船的以公吨 为单位的质量，A指示所述浮船的在浪涌/摇摆方向上增加的以公吨为单位的质量，b 指示所述转塔系泊浮船的轴的位移，并且T_P指示第一船的对移动距离b的响应时间。

根据本发明的实施方式，所述系统通过下面的等式来确定所述转塔系泊浮船的所 述轴的所述位移：

$b=\left(\frac{2·a_{\psi }}{360}\right)·2·\pi ·c,$

其中，b指示所述转塔系泊浮船的所述轴的所述位移，a_Ψ指示所述转塔系泊浮船的以 度为单位的偏航幅度，并且c指示所述转塔系泊浮船的转塔系泊设备的中心与所述浮 船之间的沿所述转塔系泊浮船的轴的线性距离。

根据本发明的实施方式，所述系统通过下面的操作来确定所述浮船与所述转塔系 泊浮船之间的线性距离：接收所述转塔系泊浮船的偏航测量值，获得所述浮船的当前 位置，以及基于所接收的所述偏航测量值和所获得的位置来计算所述浮船之间的所述 线性距离。

根据本发明的实施方式，提供了一种浮船，该浮船用于通过动态地保持该浮船与 转塔系泊浮船之间的距离来遵循所述转塔系泊浮船的偏航运动。所述浮船包括多个引 擎，所述多个引擎具有至少一个主引擎和至少一个操纵引擎，其中，所述操纵引擎的 总输出功率在所述多个引擎的总功率的20％至35％之间，并且其中，所述浮船具有 所述多个引擎的总输出功率与所述浮船的排水量的在0.80至1.10之间的比率。所述 浮船还包括计算机系统，该计算机系统用于确定所述浮船与所述转塔系泊浮船之间的 线性距离。所述计算机系统还控制所述操纵引擎的输出功率，并且将所述操纵引擎的 所述输出功率引导到被设置在可转动的吊舱中的多个船用推进器，以确保所确定的线 性距离与第一距离匹配。

根据本发明的实施方式，通过下面的等式来确定所述浮船的操纵引擎的用于遵循 所述转塔系泊浮船的转动位移的所述总输出功率：

$T=(M+A)·b·{\left(\frac{4·\pi }{T_P}\right)}^2,$

其中，T指示所述操纵引擎的最大总输出功率，M指示所述浮船的以公吨为单位的质 量，A指示所述浮船的在浪涌/摇摆方向上增加的以公吨为单位的质量，b指示所述转 塔系泊浮船的轴的位移，T_P指示第一船的对移动距离b的响应时间。可以通过下面 的等式来确定所述转塔系泊浮船的所述轴的所述位移：

$b=\left(\frac{2·a_{\psi }}{360}\right)·2·\pi ·c,$

其中，b指示所述转塔系泊浮船的所述轴的所述位移，a_Ψ指示所述转塔系泊浮船的以 度为单位的偏航幅度，c指示所述转塔系泊浮船的转塔系泊设备的中心与所述浮船之 间的沿所述转塔系泊浮船的轴的线性距离。

附图说明

根据本发明的以上优点和特征在下面的描述中进行描述，并且在下面的图中示 出：

图1例示了根据本发明的实施方式的第一船的立体图；

图2例示了根据本发明的实施方式的在旁边具有被动态地定位的浮船的转塔系 泊浮船的俯视图；

图3例示了根据本发明的实施方式的表示提供实施方式的处理系统的框图；

图4例示了根据本发明的实施方式的在旁边具有被动态地定位的浮船的转塔系 泊浮船的俯视图、以及示出所述被动态地定位的浮船的功率利用率的图；

图5例示了与根据本发明的实施方式的浮船相比的本领域技术人员已知的浮船 的功率与尺寸的比率以及剩余推力与尺寸的比率；

图6例示了与根据本发明的实施方式的浮船相比的本领域技术人员已知的浮船 的剩余推力功率；

图7例示了根据本发明的实施方式的浮船的正面立体图；

图8例示了根据本发明的实施方式的浮船的侧视图；

图9例示了与根据本发明的实施方式的浮船相比的本领域技术人员已知的浮船 的偏航幅度和响应时间；以及

图10例示了示出与根据本发明的实施方式的浮船相比的本领域技术人员已知的 浮船的幅度相对偏航运动的图。

具体实施方式

本发明涉及一种能够遵循转塔系泊浮船的偏航运动的快速过渡浮船。在转塔系泊 浮船旁边设置的浮船能够保持与该转塔系泊浮船连接。当转塔系泊浮船围绕转塔系泊 设备的中心随风改变方位时，浮船通过动态地遵循该转塔系泊浮船的偏航运动来实现 与该转塔系泊浮船连接。

根据本发明的系统和方法提供了即使当转塔系泊船围绕其转塔系泊设备的中心 随风改变方位时，浮船也能够在该转塔系泊浮船旁边动态地保持其位置。此外，将浮 船的总功率的20％至35％分配为剩余的推力，由此为浮船提供足够的功率，以对转 塔系泊浮船的偏航运动做出响应。浮船还在不会与转塔系泊浮船相撞的情况下表现出 更高频率的低频偏航运动，因此将转塔系泊浮船的正常运行时间从50％提高至85％ 以上。

图1中例示了根据本发明的实施方式的快速过渡浮船的立体图。这种浮船的示例 是具有良好的稳定性和海洋保持特性的半潜水器或其它这些船。图1例示了这种浮 船，该浮船是包括单甲板箱船体105、浮桥110和顶甲板115的半潜水器100。顶甲 板115可以具有直升机登陆坪、起重机、可以被用于将半潜水器100与转塔系泊浮船 连接的舷梯(gangway)和/或用于执行维修或升级工作的机械。

图2例示了在转塔系泊浮船205旁边操作的半潜水器100的俯视图。半潜水器 100被设置有多个引擎推进器，所述多个引擎推进器被用于位置保持操作，并且用于 在转塔系泊浮船205围绕转塔系泊设备210随风改变方位时遵循转塔系泊浮船205 的转动运动。所述多个引擎推进器可以包括，但不限于，主引擎推进器和/或操纵引 擎推进器，诸如被设置在可转动的吊舱中的船用推进器的构造。这些操纵引擎中的推 进器能够根据需要转动各种角度，以快速地改变半潜水器100的定向航向。这些操纵 引擎被用于快速且高效地操纵半潜水器100。然而，本领域中已知的大部分半潜水器 通常将功率的大部分分配给主引擎而不是操纵引擎。

半潜水器100还被设置有计算机系统，该计算机系统被构造为使半潜水器100 相对于转塔系泊浮船205动态地保持在固定距离“d”处。换句话说，被设置在半潜 水器100处的计算机系统确保半潜水器100与转塔系泊浮船205保持安全距离或者固 定距离“d”。这确保这两艘船不相撞，并且还确保连接这两艘船的舷梯在船205关 于转塔系泊设备210随风改变方位而保持始终连接。该计算机系统利用从在两艘船上 设置的全球定位传感器获得的数据以及从在两艘船或任一艘船上设置的运动传感器、 风传感器和陀螺仪传感器获得的数据。从这些传感器获得的信息为计算机系统提供与 作用于船100和船205上的环境力有关的位置信息和数据。

由计算机系统或计算机服务器中的处理系统来执行通过由介质存储的指令而提 供的处理。计算机系统可以被设置在一个或更多个服务器或计算机中，以处理由根据 本发明的实施方式的系统的各种组件捕获和记录的数据。这些指令可以被存储为固 件、硬件或软件。图3例示了这种处理系统的示例。处理系统300可以是执行指令以 执行用于提供根据本发明的实施方式的方法和/或系统的处理的服务器或计算机中的 处理系统。本领域技术人员将认识到，每个处理系统的精确构造可以不同，并且每个 装置中的处理系统的精确构造可以改变，图3仅通过示例的方式而给出。

处理系统300包括中央处理单元(CPU)305。CPU305是处理器、微处理器、 或者执行指令以执行根据本发明的处理的处理器和微控制器的任何组合。CPU305与 存储器总线310和输入/输出(I/O)总线315连接。存储器总线310将CPU305连接 至存储器320和325，以在存储器320、325以及CPU305之间传输数据和指令。I/O 总线315将CPU305连接至外围装置，以在CPU305与外围装置之间传输数据。本 领域技术人员将认识到，I/O总线315和存储器总线310可以被组合成一条总线或者 被细分成许多其它总线，并且将精确的构造留给本领域技术人员。

诸如只读存储器(ROM)这样的非易失性存储器320与存储器总线310连接。 非易失性存储器320存储操作处理系统320的各种子系统以及在启动时引导系统所需 的指令和数据。本领域技术人员将认识到，可以使用任何数目类型的存储器来执行该 功能。

诸如随机存取存储器(RAM)这样的易失性存储器325也与存储器总线310连 接。易失性存储器325存储由CPU305执行用于诸如需要提供根据本发明的实施方 式的系统的处理这样的处理的软件指令所需的指令和数据。本领域技术人员将认识 到，可以使用任何数目类型的存储器作为易失性存储器，并且将所使用的精确类型留 给本领域技术人员作为设计选择。

I/O装置330、键盘335、显示器340、存储器345、网络装置350以及任何数目 的其它外围装置与I/O总线315连接，以与CPU305交换供在正由CPU305执行的 应用中使用的数据。I/O装置330是从CPU305发送和/或接收数据的任何装置。键盘 335是接收用户输入和向CPU305发送该输入的特定类型的I/O。显示器340从CPU305 接收显示数据，并且在屏幕上显示图像以供用户查看。存储器345是向CPU305发 送数据以及从CPU305接收数据的装置，以将数据存储至介质。网络装置350将CPU305 连接至网络，以传输去往和来自其它处理系统的数据。

参照图2，计算机系统然后计算并控制要被分配给多个引擎推进器中的每一个的 功率量。具体地，计算机控制所施加的功率、操纵引擎推进器的角度和方向，由此确 保半潜水器100保持在相距转塔系泊浮船205的距离“d”处。例如，如果计算机系 统确定半潜水器100与船205之间的距离小于距离“d”，则计算机系统将向半潜水 器100上的操纵引擎推进器提供功率，以操纵半潜水器100远离船205。相反地，如 果计算机系统确定半潜水器100与船205之间的距离超过距离“d”，则计算机系统 将向半潜水器100上的操纵引擎推进器提供功率，以操纵半潜水器100进一步更靠近 船205。

在本发明的实施方式中，可以如下地获得浮船100与转塔系泊浮船205之间的线 性距离。首先，船100中的计算机系统将获得测量的转塔系泊浮船205的偏航转动。 这可以通过接收在转塔系泊浮船205上设置的陀螺仪传感器的测量读数来完成。船 100中的计算机系统然后将获得浮船100的相对于转塔系泊浮船205的目前或当前位 置。这可以通过从在两艘船上设置的位置传感器获得的读数或者通过分析全球定位卫 星数据来完成。然后将所有这种信息在计算机系统中进行组合并分析，以确定浮船 100与转塔系泊浮船205之间的线性距离。用于执行上述处理的计算机系统可以如公 开地被设置浮船100上，或者被设置在转塔系泊浮船205处或者两艘船上。此外，计 算机系统可以是与在线数据库、计算机服务器或者云计算服务器网络连接的计算机系 统。

为了确保半潜水器100上的引擎推进器具有足够的功率以遵循船205的运动，必 须精心地设计被用于操纵半潜水器100的操纵引擎推进器的总输出功率。下文公开了 用于确定这些操纵引擎推进器的总输出功率的方法。首先，必须限定船100和船205 的特定参数。

转塔系泊浮船205的轴在船205随风改变方位时的直线位移被限定为“b”(参 见图2)。此外，转塔系泊设备210的中心与船100之间的沿转塔系泊浮船205的轴 的线性距离被限定为“c”(参见图2)。换句话说，船100必须操纵以遵循转塔系泊 浮船205的转动运动的轨迹的长度为“b”，而半潜水器100与浮船205上的转塔系 泊系统中心之间的距离为“c”。在本发明的实施方式中，转塔系泊系统被设置在转 塔系泊浮船205的第一端部处。因此，当转塔系泊浮船205随风改变方位时，船205 的另一端部将如图2所示地移动横跨角度2·a_Ψ。

基于图2，为了使半潜水器100和转塔系泊浮船205在不会滞后或者相撞的情况 下一前一后地(intandem)响应，半潜水器100必须校正的线性距离通过下面的公式 给出：

其中：

b＝半潜水器100遵循转塔系泊浮船205的轨迹的长度；

a_Ψ＝转塔系泊浮船205的以度为单位的偏航幅度；并且

c＝半潜水器100与中心转塔系泊设备210之间的距离。

根据本发明的实施方式，“c”的最佳距离被选择为转塔系泊浮船长度的约2/3， 以便保持半潜水器远离转塔系泊系统的操作区域。该距离还被优化成使半潜水器离转 塔不太远，以便最大化半潜水器的遵循能力。根据本发明的其它实施方式，“b”可以 被选择成为约10m，“a_Ψ”可以被选择成为约5度，并且“c”可以被选择成为约30m。

通过下面的公式给出动态定位刚度或DP刚度项P：

$P=\frac{T}{b}$

其中：

T＝使半潜水器100可获得以遵循转塔系泊浮船205的偏航运动的总推力；并且

b＝半潜水器100必须遵循转塔系泊浮船205的轨迹的长度。

根据本发明的实施方式，被分配给在半潜水器100上设置的操纵推进器引擎以遵 循转塔系泊浮船的偏航运动的总功率可以在使半潜水器100可获得的总引擎推进器 功率的20％至35％之间。例如，如果半潜水器具有3,468kN的总组合推进器功率(即， 主引擎和操纵引擎)，则T等于约1,040kN。在本发明的实施方式中，在最大为约 10度并且c为约30m的假定下，动态定位刚度为约100kN/m，这导致b为10m。

表1

上面的表1示出了被分配给半潜水器100以当功率比(例如，T/总组合推进器功 率)改变时遵循转塔系泊浮船205的转动运动的功率的范围。值得注意的是，总组合 推进器功率保持始终不变。这意指引擎的尺寸不改变而功率比改变。

通过下面的公式给出半潜水器100的用于遵循转塔系泊浮船205的偏航运动的响 应时间T_p：

$T_b=2·2·\pi ·\sqrt{\frac{M+A}{P}}$

其中：

M＝半潜水器100的以公吨为单位的质量；并且

A＝半潜水器100的在浪涌方向上增加的以公吨为单位的质量。

基于以上公开的等式，可以基于下面的公式来概括并确定半潜水器的遵循能力

因此：

其中：

T＝使半潜水器100可获得以遵循转塔系泊浮船205的偏航运动的总推力；

M＝半潜水器100的以公吨为单位的质量；

A＝半潜水器100的在浪涌/摇摆方向上增加的以公吨为单位的质量；

c＝半潜水器100与转塔系泊系统设备的中心之间的距离；并且

T_p＝半潜水器100的响应时间。

转塔系泊浮船的偏航运动的双导数(doublederivative)将给出半潜水器遵循转塔 系泊浮船的偏航运动所需的加速度，使得当快速过渡半潜水器在转塔系泊平台旁边操 作时，转塔系泊浮船和半潜水器可以在升级和维护工作期间保持通过通道的连接。

半潜水器的用于在转塔系泊平台的偏航运动的情况下做出响应的加速度与可获 得的船系缆柱拉力或推力成正比，而与船质量和在浪涌方向上增加的质量成反比。因 此，为了使半潜水器增加其遵循能力，必须减少半潜水器的质量或排水量，而因此应 当增加使半潜水器可获得的功率。简单地说，为了更好的遵循能力，必须减小半潜水 器的尺寸，并且必须增加由推进器产生的功率。

可以对上述等式进行重新排列，以获得必须被分配给操纵引擎推进器的最大总输 出功率，以便确保这两艘船保持连接而不相撞。换句话说，操纵引擎推进器必须具有 的、使得半潜水器100能够遵循转塔系泊浮船的转动位移的功率量由下面的等式来确 定。

$T=(M+A)·b·{\left(\frac{4·\pi }{T_P}\right)}^2,$

在上面的等式中，T指示被分配给操纵引擎推进器的最大总输出功率，M指示浮 船的以公吨为单位的质量，A指示浮船的在取决于浮船100连接至转塔系泊浮船205 的方向的浪涌/摇摆方向增加的以公吨为单位的质量，b指示转塔系泊浮船的轴的位 移，T_P指示第一船的对移动距离b的响应时间。

根据本发明的实施方式，为了提高半潜水器的遵循能力，快速过渡半潜水器必须 具有大的系缆柱拉力、小的排水量、用于减少浪涌增加的质量的最佳的船壳形状、用 于最小化自行位置(sel-stationkeeping)保持所需的推力并且用于最大化可用于半潜 水器的遵循能力的推力精心选择的船壳形状和尺寸，并且必须精心地对准半潜水器的 取向。通过在不损害船的稳定性的情况下设置尽可能小的伸出区域来在浪涌/摇摆方 向上减少半潜水器的增加的质量。此外，通过将浮桥和柱的角部倒圆，这也减少了船 的增加的质量。还使浮桥高度最小化，以最小化增加的质量而且适应位于其下面的推 进器的基础。

作为示例，当快速过渡半潜水器在远离巴西的典型近海环境中操作时，发现当总 推进器功率的70％被分配用于自行位置保持时，半潜水器能够保持固定。这利用了被 分配用于位置保持的总推进器功率的70％，半潜水器能够经受恶劣环境条件，并且能 够正常地操作。这意指总推进器功率的剩余的30％可以被分配给半潜水器的操纵引 擎，以遵循转塔系泊浮船的偏航运动。图4中例示了该功率利用率图405。

在本发明的实施方式中，可操作性目标是在被用于位置保持的总功率的 80％-70％之间实现的。结果，计算出当总推进器功率的20％至30％被分配用于该操 作时，出现用于遵循偏航运动的最佳保留的分配推力。可以极大地增加可由每个推进 器产生的功率，以便分配更多的功率用于位置保持以及用于遵循偏航运动。然而，这 对于船不利，因为这意味着必须同样增加引擎的总尺寸。为了适应引擎的尺寸的这种 增加，这需要在浮船100上分配更多的空间。将必须增加船100的浮力以及在船100 上可用的空间，结果，这导致船尺寸、排水量以及增加的质量增加。因此，本发明提 供了一种用于实现浮船或半潜水器的排水量和剩余推进器功率的最佳值的方法和系 统。

为了满足如上所述的半潜水器100的关键设计参数，半必须减少潜水器100的在 浪涌方向上增加的质量。这可以通过最优化浮桥和柱的尺寸与形状来实现。通过这样 做，这减少了在浪涌方向上增加的质量，并且还导致半潜水器具有更好的法向运动。 在本发明的实施方式中，这通过将浮桥和柱在浪涌方向上设计成是细长的来实现，由 此最小化在浪涌方向上增加的质量。用于减少在浪涌方向上增加的质量的另一种方法 涉及减少浮桥的深度以及最小化柱的水平面面积。可以通过在不会不利地影响在浪涌 方向上增加的质量的情况下增加浮桥之间的间距来提高半潜水器的稳定性。此外，为 了减少半潜水器的总排水量，利用单甲板箱。同样可以使用支柱的在浮桥水平面处的 优良连接，以便改进半潜水器的结构完整性。还可以通过使用具有15,000公吨至 18,000公吨之间的更小的排水量的半潜水器来实现更高的敏捷性或更快的响应时间。 对于这种半潜水器来说，半潜水器可以被配备有被设计用于产生1MW每1000MT 的排水量/质量的功率推进器。这导致0.8至1.1kW/MT的功率与排水量的比率的高 效的利用率。

图5例示了针对包括半潜水器100在内的许多现有的半潜水器的引擎的总功率与 船的排水量大小的比率以及推力与尺寸的比率的比较。可以看出，与其它现有的半潜 水器不同，被设计使用上面公开的等式的半潜水器100能够实现为1的“引擎的总功 率”/“船的排水量大小”的比率以及为0.22的推力与尺寸的比率。在本发明的实施 方式中，“引擎的总功率”与“船的排水量大小”的比率可以在0.8至1.1之间。如 果“引擎的总功率”与“船的排水量大小”的比率在该范围内，则浮船或半潜水器 100能够按最佳水平保持位置保持操作以及动态定位操作。

当“引擎的总功率”/“船的排水量大小”的比率下降到低于0.8时，则这意指已 经同样地增加船的尺寸和重量，船将需要更多的功率用于位置保持和动态定位操作。 为了实现更多的功率，将必须增加引擎的尺寸，该变化将需要增加船的尺寸、重量和 排水量，使得增加引擎功率毫无意义。类似地，如果“引擎的总功率”/“船的排水 量大小”的比率增加超过1.1，则这意指由引擎产生的功率将必须极大地增加，这进 而同样增加引擎的尺寸。此外，引擎尺寸的这种增加将导致船的尺寸、重量和排水量 的增加，使得增加引擎功率毫无意义。因此，“引擎的总功率”/“船的排水量大小” 的比率的最佳范围在0.8至1.10之间。

图6例示了针对许多现有的半潜水器的剩余功率。在这些现有的半潜水器当中， 基于上面公开的方法设计的半潜水器100具有用于为操纵引擎推进器提供动力的最 高的分配的剩余功率。具有最接近的剩余功率的半潜水器是“半R(SemiR)”。即使 “半R”具有更高的总功率，由于该船的设计，功率的大部分也必须被分配用于自行 位置保持，导致可用于遵循转塔系泊浮船的偏航运动的功率减少。

图7例示了已经根据本发明设计的快速过渡半潜水器的立体图。本领域技术人员 将认识到，可以在不脱离本发明的情况下将各种类型的机械或设备设置在半潜水器的 顶甲板上。

在本发明的另一实施方式中，可以将上面公开的等式进行重新排列，并且可以通 过下面的公式来提供转塔系泊浮船的偏航幅度：

其中：

T＝使快速过渡半潜水器可获得以遵循转塔系泊浮船的偏航运动的总推力；

M＝半潜水器的以MT为单位的质量；

A＝半潜水器的在浪涌方向上增加的以MT为单位的质量；

c＝半潜水器与转塔的中心之间的距离；并且

T_P＝快速过渡半潜水器的响应时间。

在典型的近海操作条件下，转塔系泊浮船将经受诸如暴风、孤波、潮汐效应、环 流和波群这样的各种环境影响。本领域技术人员将认识到，除了上面列出的环境影响 以外，还可能存在其它类型的环境影响。选择这些影响是因为这些影响是近海地点处 的浮船所通常经历的影响。

图9例示了这些不同环境影响的建筑物正常运行时间的范围。如图9中例示，可 以看出，由于风向的改变而导致的暴风可以具有600秒至1020秒之间的建筑物正常 运行时间。海流方向的改变可以导致孤波、潮汐效应或者环流出现。这些影响分别具 有约300秒、7200秒和86400秒的建筑物正常运行时间。这意指与转塔系泊浮船连 接的半潜水器将必须在指定的时间范围内响应这些变化，以便当系泊船在这些影响下 随风改变方位时避免与转塔系泊浮船碰撞。在图9中针对周期的低频偏航绘运动制了 根据本发明的实施方式的快速过渡半潜水器的幅度响应。该图示出了半潜水器能够在 大部分情况下遵循转塔系泊浮船的航向变化。此外，图9还例示了半潜水器响应于转 塔系泊平台的偏航运动(以度为单位)的动态定位响应。另外，由于半潜水器在包括 由于火灾或水灾而导致的隔室的损失的任何单个故障期间及其之后具有针对指定的 最大环境条件的自动和人工定位与航向控制，因此该半潜水器可以被划分在设备等级 DP-3下。半潜水器还可以具有附加的计算机系统，该计算机系统具有用于控制被分 配给位置保持引擎的功率的单独的备份系统(即，主引擎或操纵引擎)。

图10例示了示出与其它半潜水器(即，半R和半B)相比的快速过渡半潜水器 100的遵循能力的图。基于该图，可以看出，当已经将足够的功率分配给操纵引擎时， 快速过渡半潜水器100能够比其它现有的半潜水器更快速地对转塔系泊浮船的偏航 运动做出响应。

浮桥(L×B×H) 63.4m×12.5m×7.62m 柱(L×B×H) 10.0m×12.5m×12.8m 甲板箱(L×B) 63.4m×50m 箱底部高度 20.4m 主甲板高度 21.9m 上甲板高度 26.2m 操作吃水深度(draft) 12.2m Disp@操作吃水深度 16000mt

表2

上面的表2阐述了根据本发明的实施方式的快速过渡半潜水器的示例性尺寸。本 领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的情况下改变这些尺寸，只要保持关键 的比率即可。要注意的关键特征是，本实施方式中的半潜水器具有：产生15MW的 功率的操纵引擎推进器、产生21MW的功率的用于位置保持的主引擎、能够容纳 300个人(在需要时可改变为容纳600个人)的居住单元、用于结构支承的厂房设施、 约500m²至1500m²的甲板面积、约300公吨的载荷、近海起重机支承件、25MT 的主起重机、15MT的辅助起重机以及具有+/-7.5m的伸缩动作的38m的伸缩舷梯。 除了上述的以外，快速过渡半潜水器能够实现约15,000至18,000MT的更轻的船重。

上文是能够当系泊船随风改变方位时对转塔系泊浮船的偏航运动做出快速响应 的快速过渡半潜水器的描述。预见的是，本领域技术人员可以并且将设计本发明的另 选实施方式。