JP4848215B2 - 浮体式構造物の補助浮力体及び浮体式構造物の改造方法 - Google Patents

浮体式構造物の補助浮力体及び浮体式構造物の改造方法 Download PDF

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Description

本発明は、海洋で使用される浮体式構造物の寿命を延ばすことができるとともに、稼動水深を増大させることができる浮体式構造物の補助浮力体及び浮体式構造物の改造方法に関するものである。さらに詳しくは、半潜水型又は半没水型（以下、「セミサブ型」という。）の浮体式構造物に適したものである。
一般に、海洋構造物は、波浪・潮流・風等の外力を受けて動揺を生ずるが、機器や附帯設備の性能・強度上の制限から動揺を低減する必要がある。この対策として浮体式構造物の場合には、構造物の水面下の形状を種々工夫している。例えば、浮体の水線面積を小さくし、水線面下の没水部に大きな排水量を持たせた構造にすることによって、ある特定範囲の周期の波に対する動揺を低減する方法がある。この方法を採用した浮体式構造物をセミサブ型といい、石油掘削リグ、海上クレーンバージ、パイプ敷設船、採油処理設備プラットホーム、大型海洋構造物（海上空港等）等に用いられている。
図６は、セミサブ型石油掘削リグを示す図であり、（Ａ）はセミサブ型石油掘削リグの概略正面図、（Ｂ）はその浮体構造部のみを示した側面図である。
セミサブ型石油掘削リグの浮体構造は、水面下に排水量を持たせたロワーハル１と、水面上に機械室・居住区・掘削装置等の上部設備を有するアッパーハル２と、ロワーハル１とアッパーハル２との間を結合する断面積の小さいコラム３と、これらを立体的に結合するブレース４とから構成されている。図６（Ａ）には、セミサブ型石油掘削リグの主な外観構成物として、海底５を掘削するカッター付ドリルパイプを吊るすデリック６と泥水循環を行うライザー管７を図示してある。
一般的なセミサブ型石油掘削リグの場合、図６（Ａ）に示すように、浮力体を構成するロワーハル２が２本設けられ、図６（Ｂ）に示すように、各ロワーハル上に２〜４本のコラム３（図では４本）が設けられ、図６（Ａ）に示すように、対向するコラム３，３とアッパーハル２との間でトラス構造を形成するように複数のブレース4が設けられている。また、ロワーハル１の両端は、セミサブ型石油掘削リグの移動時又は曳航時の抵抗を低減するためにテーパ状に形成されている場合もある。なお、初期のセミサブ型石油掘削リグでは、ブレースで結合された３〜５本のコラムをアッパーハルに設け、各コラム下部にフーティングと呼ばれる浮力体を独立して接続したものが多い。
かかるセミサブ型石油掘削リグは、ロワーハル１で浮いた状態で移動し、目的地でロワーハル１の内部やコラム３の一部にバラストを注水して沈下させ、半潜水状態とし、海洋の一点に留まって掘削作業を行う。この時の喫水はアッパーハル２の下に波が当たらないように計画されるのが普通である。したがって、ブレース４は喫水線に曝され、スプリット力（ロワーハルを左右方向に互いに引き離す力）、ピッチコネクティングモーメント（ロワーハルを１８０度位相差で互いに縦揺れさせるモーメント）、ラッキング力（ロワーハルを１８０度位相差で前後に動かす力）等の外力が作用し、波浪等による繰り返し荷重により、ブレース４や接合部が損傷しやすい。この損傷はリグの崩壊を招くことになるため、セミサブ型石油掘削リグの寿命は、ブレース４の耐久性によって定まる。
上述したようにセミサブ型の浮体式構造物では、ブレース４が強度上の重要な部材であり、定期的に補修をする必要がある。かかる補修作業は、一般に、洋上又はドック内でバラストを排水してブレース４の部分を水面上に露出させて行う。ドック内で補修を行う場合には、アッパーハル２の荷物や上部設備を除去して荷重を軽くしてから、ブレース４の部分を水面上に露出させることもある。かかる補修作業中は、浮体式構造物を使用することができないという問題があり、かかる事情から、浮体式構造物の耐久力を高め、使用中にブレース４の補修をできるだけ減らしたいという要求があった。
また、従前は、水深Ｄが３００〜５００ｍの場合にセミサブ型の浮体式構造物を利用することが多かったが、最近では１５００ｍや２０００ｍといった大水深でもセミサブ型の浮体式構造物を使用したいという要求がある。かかる大水深でセミサブ型石油掘削リグを使用しようとすると、ドリルパイプやライザー管７が長くなり、アッパーハル２上の荷重（バリアブル・デッキロード）が増えることとなる。例えば、水深Ｄが３００〜５００ｍの場合には、バリアブル・デッキロードは２０００〜２５００ｔ程度であるが、水深Ｄが１５００ｍ〜２０００ｍになると４０００〜５０００ｔ以上にまで増大する。その結果、従前の浮体式構造物では浮力が足りず、そのままでは使用することができなかった。
浮体式構造物の浮力改善策として、コラムやロワーハルに補助浮力体を設置する方法がある。例えば、特開２００１−１８０５８４号公報（特許文献１）には、浮体式構造物のコラムの喫水線に断面積を大きくする付加浮力部を形成した発明が記載されている。また、他の改善策として、ロワーハル上に箱型の補助浮力体を設置してコラム及びロワーハルに溶接する方法やロワーハルの外周に補助浮力体を設けるという方法も知られている。
特開２００１−１８０５８４号公報
しかし、上述の浮力改善策には、付加浮力部や補助浮力体を個別にコラムやロワーハルに溶接しなければならず、作業が複雑で改造に要する工程が長くなるという問題があった。また、ブレースに作用する外力は従前と変わらないため、浮体式構造物の寿命を延命することにはならず、従前と同様に定期的な補修が必要になるという問題があった。また、ロワーハルの外周に補助浮力体を設けた場合には、浮体式構造物の幅が大きくなってしまい、ドッグに入らなくなってしまうという問題もあった。
そこで、本発明は、ブレースに作用する外力を低減して浮体式構造物の寿命を延命することができるとともに、浮力を増大させて大水深においても使用することができる浮体式構造物の補助浮力体及び浮体式構造物の改造方法を提供するものである。
本発明の補助浮力体は、浮力体を形成する複数のロワーハルと、甲板を形成するアッパーハルと、前記ロワーハルと前記アッパーハルを結合する複数のコラムと、前記ロワーハル、前記アッパーハル及び前記コラムから構成される構造体に結合されるブレースと、を備えた浮体式構造物の補助浮力体であって、前記ロワーハルの下部に結合される浮力体と、該浮力体を結合する複数の連結部材とを備え、前記ロワーハルと前記浮力体の内部空間を連通する連通孔を有する、ことを特徴とする。
前記浮力体は、前記ロワーハルと接続される側が開口した箱体と、該箱体の内部を複数の区画に区切る仕切板とを備え、前記箱体は、長手方向の端部にテーパ面を有していてもよい。また、前記連結部材は、前記浮力体どうしを結合する主連結部材と、該主連結部材と前記浮力体から構成される構造体に結合される副連結部材とを備えていてもよい。
また、本発明の浮体式構造物の改造方法は、浮力体を形成する複数のロワーハルと、甲板を形成するアッパーハルと、前記ロワーハルと前記アッパーハルを結合する複数のコラムと、前記ロワーハル、前記アッパーハル及び前記コラムから構成される構造体に結合されるブレースと、を備えた浮体式構造物に対して、前記ロワーハルの下部に結合される浮力体と該浮力体を結合する複数の連結部材とからなる補助浮力体を予め製造しておき、該補助浮力体の上に前記浮体式構造物を載置し、前記ロワーハルと前記浮力体とを接続し、前記ロワーハルと前記浮力体の内部空間を連通させる連通孔を前記ロワーハルの底面に穿孔する、ことを特徴とする。さらに、前記ロワーハルの上部に補助浮力体の浮力を補う追加補助浮力体を設けるようにしてもよい。
本発明の浮体式構造物の補助浮力体は、ロワーハルの下部に結合される浮力体と該浮力体を結合する複数の連結部材を備えることから、従来、ブレースに作用していた外力（スプリット力、ピッチコネクティングモーメント、ラッキング力等）を本発明の補助浮力体で受けることができるため、ブレースに作用する外力を低減し、浮体式構造物全体の強度を高めることができ、浮体式構造物の寿命を延命させることができる。また、浮体式構造物の浮力を増大させ、貨物積載能力を向上させることができ、大水深においても浮体式構造物を使用することができる。さらに、ロワーハルの底面に連通孔を穿孔することによって、ロワーハル内のバラストタンクと浮力体の内部空間とを連通させることができ、補助浮力体をバラストタンクや燃料タンク等として使用することができる。
また、本発明の浮体式構造物の改造方法によれば、予め補助浮力体を製造しておくことができ、浮体式構造物の下部すなわちロワーハルの下部に補助浮力体を接続するだけであるので、浮体式構造物全体の強度を高めるとともに浮力を増大させる改造が容易であり、改造に要する工期を短縮することができる。さらに、ロワーハルの底面に連通孔を穿孔することによって、ロワーハル内のバラストタンクと浮力体の内部空間とを連通させることができ、補助浮力体をバラストタンクや燃料タンク等として使用することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１ないし図５を用いて説明する。なお、図６に示した従来例と同じ部分を示す場合には同じ符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、浮体式構造物に本発明の補助浮力体１１を接続した状態を示す斜視図であり、浮体式構造物の斜め下方から眺めたものである。なお、浮体式構造物のアッパーハルについては図を省略している。また、図２は、本発明の補助浮力体１１の上面図である。
図１及び図２に示す本発明の補助浮力体１１は、浮体式構造物を構成する２個のロワーハル１の各下部に結合される２個の浮力体１２と、この浮力体１２どうしを結合する２本の主連結部材１３と、主連結部材１３と浮力体１２を結合する４本の副連結部材１４とから構成されている。また、ロワーハル１の底面には、補助浮力体１１の内部空間と連通する連通孔（図示せず）が穿孔されている。
前記浮力体１２は、ロワーハル１と接続される側が開口した箱体１２ａと、箱体１２ａの内部を複数の区画に区切る仕切板１２ｂとから構成されている。また、箱体１２ａの長手方向の両端部にはテーパ面１２ｃが形成されている。したがって、この浮力体１２をロワーハル１の下部に接続すると、箱体１２ａと仕切板１２ｂとロワーハル１の底面とで区画空間が形成され、浮体式構造物の浮力を増大させることができる。また、この区画空間は、バラストタンクや燃料タンク等として使用することもできる。
また、図１に示すように、前記浮力体１２は、ロワーハル１に接続した場合にロワーハル１と一体化するような形状に形成されているとよい。具体的には、幅ｄはロワーハル１の幅と略同じ大きさに形成され、長さｌ（図では筆記体で表示）はロワーハル１を超えない範囲に形成され、テーパ面１２ｃによりロワーハル１の底面との段差を少なくするようにするとよい。これは補助浮力体１１の接続工事のしやすさと浮体式構造物の移動又は曳航時の抵抗を考慮したものである。また、高さｈは、浮体式構造物の改造に必要な浮力、連結部材１３，１４の強度等の条件から求められるものであるが、接続工事のしやすさを考慮すれば、人が立てる程度の高さであるとよい。補助浮力体１１の接続工事時には、浮力体１２の内部に人が入り込んで溶接等の作業を行うためである。
前記主連結部材１３及び副連結部材１４は、２個の浮力体１２を結合する連結部材を構成している。これらの連結部材１３，１４は、鋼板や鋼管等により形成されており、ブレース４よりも強度的に丈夫な構造となっている。具体的には、ブレース４よりも強度の高い鋼種を採用してもよいし、ブレースよりも太い又は厚いものを使用してもよい。
主連結部材１３は、浮力体１２の両端付近に配置され、浮力体１２と略垂直をなす角度で溶接されている。また、副連結部材１４は主連結部材１３の中心付近から浮力体１２の中心方向に斜めに配置されて溶接されている。したがって、図１及び図２に示すように、補助浮力体１１の中央部付近はダイヤモンド型の開口を有することとなる。このように連結部材１３，１４を結合することで、補助浮力体１１の強度を補強しつつ中央部に石油掘削リグのカッターやライザー管を挿通することができるようになっている。
図３は、補助浮力体１１の他の実施形態を示す上面図である。本実施形態では、４本の主連結部材３１ａ，３１ｂが浮力体１２に結合され、一対の主連結部材３１ａ，３１ｂどうしを副連結部材３２により結合している。主連結部材３１ａ，３１ｂは全て同じ形状であってもよいし、内側の主連結部材３１ｂを外側の主連結部材３１ａよりも細くしてもよい。図３に示すように、主連結部材３１ａ，３１ｂ及び副連結部材３２を配置した場合も、補助浮力体１１の強度を補強しつつ中央部に石油掘削リグのカッターやライザー管を挿通することができるようになっている。
図２又は図３に示した本発明の補助浮力体１１を、図１に示すように、浮体式構造物の下に接続することにより、従来、ブレース４に作用していた外力（スプリット力、ピッチコネクティングモーメント、ラッキング力等）を補助浮力体１１で受けることができるため、ブレース４に作用する外力を低減することができ、浮体式構造物全体の強度を高めることができ、浮体式構造物の寿命を延命させることができる。また、浮体式構造物の浮力を増大させ、貨物積載能力を向上させることができ、大水深においても浮体式構造物を使用することができる。
次に、図４を用いて、本発明の浮体式構造物の改造方法について説明する。
（１）図４（Ａ）に示すように、補助浮力体１１を工場で予め製造しておく。具体的には、浮力体１２を製造した後、主連結部材１３及び副連結部材１４を溶接する。その際、事前に改造対象の浮体式構造物４１の寸法や増やしたい貨物積載重量の情報を入手しておき、その情報に基づいて浮力体１２及び連結部材１３，１４の寸法や配置を設計する。
（２）図４（Ｂ）に示すように、浮体式構造物４１を収容するドック４２に補助浮力体１１を載置する。なお、４３は当て木である。
（３）図４（Ｃ）に示すように、ドック４２にバラストを注水して浮体式構造物４１の喫水と同じ深さまでドック４２を沈める。
（４）図４（Ｄ）に示すように、浮体式構造物４１を曳航してドック４２に収容する。この時、補助浮力体１１の上に浮体式構造物４１が載るように位置を調整しておく。
（５）図４（Ｅ）に示すように、ドック４２のバラストを排水し、補助浮力体１１の上に浮体式構造物４１を載置させた状態で水面上に露出させる。
（６）図４（Ｅ）に示した状態で、浮体式構造物４１に補助浮力体１１を接続する。まず、浮体式構造物４１のロワーハル及び補助浮力体１１の内部に溜まっている水を排水した後、浮体式構造物４１のロワーハル底面に補助浮力体１１の区画空間と連通する連通孔を適宜穿孔する。穿孔作業は補助浮力体１１の内部に作業員が入り込んで行う。
（７）次に、補助浮力体１１の浮力体の仕切板をロワーハルの底面に溶接する。この溶接作業も補助浮力体１１の内部に作業員が入り込んで行う。続いて、ロワーハルの外壁と補助浮力体１１の浮力体の外壁を溶接する。
（８）全ての作業（必要な荷物の移設作業や上部設備の設置作業等）が完了したら、ドック４２にバラストを注水して、図４（Ｆ）に示すように、改造した浮体式構造物４１を浮上させる。
上述した浮体式構造物４１の改造方法によれば、予め補助浮力体１１を工場等で製造しておくことができるので、その間は浮体式構造物４１を稼動させておくことができ、浮体式構造物４１の稼動効率を高めることができる。また、補助浮力体１１の上に浮体式構造物４１を載置して、ロワーハルと浮力体とを接続するだけであるので、改造作業が容易であり、浮体式構造物４１の改造に要する工期を短縮することができる。また、本発明の補助浮力体１１の構成から、容易な改造作業で浮体式構造物全体の強度を高めることができ、浮体式構造物の浮力を増大させることができる。さらに、ロワーハルの底面に連通孔を穿孔することによって、例えば、ロワーハル内のバラストタンクと浮力体の区画空間とを連通させることができ、補助浮力体１１をバラストタンクとして使用することもできる。
図５は、浮体式構造物に本発明の補助浮力体１１を接続した他の実施形態を示す斜視図であり、図１と同じ角度から眺めたものである。本実施形態では、補助浮力体１１のみでは浮力が不足する場合に、付加補助浮力体５１をロワーハル１の上部に設置したものである。付加補助浮力体５１は鋼板により成形された柱状体であり、内部が空洞になっている。この付加補助浮力体５１は、ロワーハル１の両端付近に載置され、ロワーハル１及びコラム３に溶接される。この付加補助浮力体５１の大きさは、補助浮力体１１の設計と同時期に算出・設計される。例えば、浮体式構造物に所望の貨物積載荷重を持たせるためには、補助浮力体１１の高さｈを高くしなければならず、補助浮力体１１の高さｈと付加補助浮力体の大きさを調整し、補助浮力体１１と付加補助浮力体５１とで必要な浮力が得られるように設計される。なお、この補助浮力体５１は、図４（Ｅ）の状態でロワーハルの上部に載置され浮体式構造物に溶接される。
本発明は上述した実施形態に限定されず、浮力体１２の幅ｄはロワーハル１よりも大きくても小さくてもよい、浮力体１２の長さｌはロワーハルよりも長くてもよい、浮体式構造物の使用目的に応じて連結部材１３，１４の配置を変更してもよい、補助浮力体１１はフーティングを有する浮体式構造物に適用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
浮体式構造物に本発明の補助浮力体を接続した状態を示す斜視図である。 本発明の補助浮力体の上面図である。 本発明の補助浮力体の他の実施形態を示す上面図である。 本発明の浮体式構造物の改造方法を示す説明図である。 浮体式構造物に本発明の補助浮力体を接続した他の実施形態を示す斜視図である。 セミサブ型石油掘削リグを示す図であり、（Ａ）はセミサブ型石油掘削リグの概略正面図、（Ｂ）はその浮体構造部のみを示した側面図である。
符号の説明
１ ロワーハル
２ アッパーハル
３ コラム
４ ブレース
５ 海底
６ デリック
７ ライザー管
１１ 補助浮力体
１２ 浮力体
１２ａ 箱体
１２ｂ 仕切板
１２ｃ テーパ面
１３，３１ａ，３１ｂ 主連結部材
１４，３２ 副連結部材
４１ 浮体式構造物
４２ ドック
４３ 当て木
５１ 付加補助浮力体

Claims (6)

  1. 浮力体を形成する複数のロワーハルと、甲板を形成するアッパーハルと、前記ロワーハルと前記アッパーハルを結合する複数のコラムと、前記ロワーハル、前記アッパーハル及び前記コラムから構成される構造体に結合されるブレースと、を備えた浮体式構造物の補助浮力体であって、前記ロワーハルの下部に結合される浮力体と、該浮力体を結合する複数の連結部材と、を備え、前記ロワーハルと前記浮力体の内部空間を連通する連通孔を有する、ことを特徴とする浮体式構造物の補助浮力体。
  2. 前記浮力体は、前記ロワーハルと接続される側が開口した箱体と、該箱体の内部を複数の区画に区切る仕切板と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の浮体式構造物の補助浮力体。
  3. 前記箱体は、長手方向の端部にテーパ面を有することを特徴とする請求項２に記載の浮体式構造物の補助浮力体。
  4. 前記連結部材は、前記浮力体どうしを結合する主連結部材と、該主連結部材と前記浮力体から構成される構造体に結合される副連結部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の浮体式構造物の補助浮力体。
  5. 浮力体を形成する複数のロワーハルと、甲板を形成するアッパーハルと、前記ロワーハルと前記アッパーハルを結合する複数のコラムと、前記ロワーハル、前記アッパーハル及び前記コラムから構成される構造体に結合されるブレースと、を備えた浮体式構造物に対して、前記ロワーハルの下部に結合される浮力体と該浮力体を結合する複数の連結部材とからなる補助浮力体を予め製造しておき、該補助浮力体の上に前記浮体式構造物を載置し、前記ロワーハルと前記浮力体とを接続し、前記ロワーハルと前記浮力体の内部空間を連通させる連通孔を前記ロワーハルの底面に穿孔する、ことを特徴とする浮体式構造物の改造方法。
  6. 前記ロワーハルの上部に補助浮力体の浮力を補う追加補助浮力体を設ける、ことを特徴とする請求項５に記載の浮体式構造物の改造方法。
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