海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

W中閏/油大學(xué)

XS/yCHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM

海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

L1概述

1.2深水挑戰(zhàn)

L3海洋結(jié)構(gòu)的功能

L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

1.5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

1.7浮式結(jié)構(gòu)

1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

11概述

■

■LL1海洋結(jié)構(gòu)的定義

■LL2發(fā)展歷史

■1.1.3深水生產(chǎn)方案的選擇

■LL4海上災(zāi)難

1-1概述

隨著海洋石油開發(fā)的不斷進展，出現(xiàn)了多種形式的海洋結(jié)

構(gòu)物。新的石油/天然氣田正在深水、超深水中被發(fā)現(xiàn)，這些油

氣田中有很多儲量很少，其經(jīng)濟開發(fā)對當(dāng)今的海洋工程師是一

個挑戰(zhàn)。這就促進了新結(jié)構(gòu)和新方案的發(fā)展，在很多方面它們

是獨特的，高效且經(jīng)濟的設(shè)計和安裝是很大的挑戰(zhàn)。這些海洋

結(jié)構(gòu)物的功能特點、環(huán)境荷載、響應(yīng)特性及其疲勞和抗屈曲等

特性，受到廣泛地關(guān)注。

本章既包括在淺水和中深水中已經(jīng)安裝的較早期的海洋結(jié)

構(gòu)，也包括適合于深水開發(fā)的各種方案以及建議作為超深水結(jié)

構(gòu)的各種方案，還扼要描述了這些結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。

1-1.1海洋結(jié)構(gòu)的定義

沒有通往干陸地的固定通道，可能要求在所有的天氣狀況下都

保留在海上原位的結(jié)構(gòu)叫做海洋結(jié)構(gòu)。海洋結(jié)構(gòu)可能被固定在海床

上，或者是漂浮在海面上。這些海洋結(jié)構(gòu)可分類如下：

固定式

底

部

支

撐

順應(yīng)式

1-1.1海洋結(jié)構(gòu)的定義

圖1.2主要的固定式結(jié)構(gòu)圖1.3主要的浮式生產(chǎn)裝置

本課程的關(guān)注點主要集中在用于油氣生產(chǎn)、儲存和卸載的

結(jié)構(gòu)，并在較小程度上集中在用來勘探的結(jié)構(gòu)。

1-1-2發(fā)展歷史

海洋工業(yè)的誕生通常被認為是1947年，Kerr?McGee公司在墨西哥灣

成功地完成了第一口海上油井，此井位于離路易斯安那海岸4.6m的水中。

鉆井塔架和絞車支持在長21.6m、寬11.6m的木制甲板平臺上，此平臺建

在16根打入海底31.7m的24in的樁柱上。

自在墨西哥灣安裝第一座平臺以來，海洋工業(yè)已經(jīng)建成了許多創(chuàng)新的固

定式或者浮式結(jié)構(gòu)，建造在不斷加深的水域和更具挑戰(zhàn)性和惡劣的環(huán)境中。

1975年，水深達到144m。

在接下來的三年里，水深戲劇性地跳躍了兩倍，達到312m。

20世紀(jì)90年代，在超過328m的水深區(qū)建造了五座固定式結(jié)構(gòu)，其中最

深的一座是1991年在412m水中安裝的Bullwinkle平臺。

1998年，在墨西哥灣502m的水中安裝了Baldpate塔，在535米的水深

安裝了Petronius塔。Petronius塔是世界上最高的自由直立式結(jié)構(gòu)。

1-1-2發(fā)展歷史

自1947年以來，全世界已經(jīng)建造并安

裝了10000座以上各種類型和尺寸的海洋平

臺。幾乎所有平臺都是鋼結(jié)構(gòu)，但在北海等

非常惡劣的海域，也安裝有少量大型混凝土

結(jié)構(gòu)，其中TrollA天然氣平臺是現(xiàn)存最高

的混凝土結(jié)構(gòu)。

我國海上石油勘探開發(fā)起步于1957?

1979年，并于1979—1999年對外合作中得到

高速、高效發(fā)展，從1999年開始，我國海洋

石油工業(yè)實行自營勘探開發(fā)與對外合作相結(jié)

合，以自營為主的方式，取得了高速發(fā)展，

2010年，我國海洋油氣產(chǎn)量將超過5000萬噸,

海洋石油生產(chǎn)進入高速發(fā)展時期。

圖1.4全世界最高的混凝土結(jié)構(gòu)

TrollA天然氣平臺

1-1-3深水生產(chǎn)方案的選擇

4Z

■MW

0

1—

制

Fixed喜

Platform

SficnMWTLP

/ConventionalSemi-FPS

TrussClassic

/TensionLeg(FloatingGControlSubsea

Sparbpar

TiebackHowlinePlatformProductionBuoy(CB)Tieback

(TLP)Facility)

SubseaManifold

圖1.5深水系統(tǒng)類型

圖1.5說明了深水生產(chǎn)可得到的生產(chǎn)方案的類型。大多數(shù)浮式生產(chǎn)

裝置和幾乎所有的半潛、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)和FPSO都從海底的油氣井里生

產(chǎn)石油和天然氣，這些井稱為“海底井”。與固定式平臺上和陸地上的

井不同，海底井不允許操作者擁有通往井口進行維修或進行重完井的直

接路徑（從一口現(xiàn)存井鉆入新儲油層）。

1-1.3深水生產(chǎn)方案的選擇

對特定的項目來說，哪個方案是“正確的”這一問題沒有

簡單的答案。為深水生產(chǎn)選擇一個方案常常需要多年的努力，

包括無數(shù)研究和分析。主要的驅(qū)動因素是儲油層特征和基礎(chǔ)設(shè)

施，這些因素將決定設(shè)備的尺寸、井的數(shù)量、井的位置和需要

濕式還是干式采油樹。鉆井通常占深水項目總值的一半以上，

所以鉆井方法通常確定了所需要的水面設(shè)備的類型，例如，這

個設(shè)備是否需要支持鉆井裝備或者是否要使用租賃的可移式海

洋鉆井裝置。

1-1.4海上災(zāi)難

20世紀(jì)80年代，兩座半潛式平臺傾覆并

沉沒：

——座是居住和供應(yīng)月臺AlexanderKeilland

(1980),另一座是OceanRanger

(1982),這兩起事故導(dǎo)致了幾百人喪生。

最嚴(yán)重的海上災(zāi)難發(fā)生在1988年，Piper

Alpha石油和天然氣平臺發(fā)生火災(zāi)，167條性

命喪生于火海。

2001年3月，世界上最大的浮式生產(chǎn)系

統(tǒng)一巴西石油公司的P-36在Campos盆地失

事沉沒，導(dǎo)致10人喪生性命。

1979年11月，我國“渤海2號”鉆井平臺

在井位遷移時傾覆。圖1.6改造的半潛式平臺P-36在

1983年12月，美國阿科公司租用的“爪哇一個立柱進水后發(fā)生事故

?！碧栥@井船在南海受臺風(fēng)襲擊翻沉，這兩

次事故均造成嚴(yán)重的人員傷亡。

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

L1概述

1.2深水挑戰(zhàn)

1.3海洋結(jié)構(gòu)的功能

L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

1.5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

1.7浮式結(jié)構(gòu)

1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1-2深水挑戰(zhàn)

深水的界定，隨時間、區(qū)域和專業(yè)的不同而變化，隨著科

技的進步和海洋石油的發(fā)展，深水的定義也在不斷發(fā)展。目前

可以將水深大于500m定義為深水，水深超過1500m定義為超深

水。

深水海洋環(huán)境主要特點在于：

1）工作水深深

2）海床不穩(wěn)定

3）破裂梯度低

4）海床溫度低

5）存在水合物

6）高壓淺層流

7）有內(nèi)波活動

1-2深水挑戰(zhàn)

從技術(shù)和經(jīng)濟角度來看，只能使用浮式系泊的結(jié)構(gòu)。在深

水尤其是在超深水中，立管和系泊系統(tǒng)提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)

O這些水深需要新材料和創(chuàng)新性的方案。更輕、更堅固且更

費用高效的人造纖維纜索正開始取代鋼絲繩和錨鏈。拉緊的

人造聚酯系泊繩在浮式平臺上會產(chǎn)生較小的垂直載荷。

?用于水下回接到浮式結(jié)構(gòu)的柔性立管，目前限制到大約1800m

?鋼點鏈線立管在深水和超深水域正變得更加普遍。

?新立管正在用具有高強度與重量比和良好疲勞特性的鈦合金鋼

設(shè)計。

?用于頂部張緊立管的鈦合金和復(fù)合材料也在研發(fā)中。

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

-1.1概述

-1.2深水挑戰(zhàn)

■L3海洋結(jié)構(gòu)的功能

■L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

-1,5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

■1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

-1.7浮式結(jié)構(gòu)

■1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1-3海洋結(jié)構(gòu)的功能

■L3.1勘探鉆井結(jié)構(gòu)

■1.3.2生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

-1.3.3儲存結(jié)構(gòu)

■L3.4輸出系統(tǒng)

1-3海洋結(jié)構(gòu)的功能

海洋結(jié)構(gòu)可以由功能和構(gòu)造這兩個相互依賴的參數(shù)確定。

可移式海洋鉆井裝置的構(gòu)造主要由可變甲板有效荷載和運移速

度要求決定。一個生產(chǎn)裝置可能有幾種功能，例如加工處理、

鉆井、修井、生活起居和供應(yīng)、儲油和立管支持。儲油層和流

體的特征、水深和海洋環(huán)境是變量，這些變量主要確定海洋設(shè)

備的功能要求。

盡管結(jié)構(gòu)的功能以及水深和環(huán)境主要影響結(jié)構(gòu)的大小和構(gòu)

造，其它同樣重要的因素是現(xiàn)場的基礎(chǔ)設(shè)施、管理特點和操作

者的財政力量以及法令、條例規(guī)定和國家法律。海洋結(jié)構(gòu)的設(shè)

計顯然是根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型、而不是它的功能。

1-3.1勘探鉆井結(jié)構(gòu)

適用于勘探鉆井裝置的一些合意的特性，同樣可適用于生產(chǎn)裝置。由于它們將要遇到

的鉆井要求不同，可移式海洋鉆井裝置必須適應(yīng)高度變化的甲板載荷，并且通常被設(shè)計成

適用于相對高的運移速度，以使搬移費用減到最少。三種最常見的鉆井結(jié)構(gòu)形式是鉆井船

、自升式駁船和半潛式平臺。

任何一種勘探結(jié)構(gòu)，進行合適的改進，適合用作生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。許多浮式生產(chǎn)裝置是改造

的鉆井裝置，只是鉆井設(shè)備由生產(chǎn)設(shè)備取代而已。

1.3.2生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)平臺在使用壽命內(nèi)都固定在井位上，一般為20到30

年。導(dǎo)管架是最常見的固定式平臺，是通過打入樁或鉆孔灌

注樁固定在海底的管狀結(jié)構(gòu)。固定式平臺的經(jīng)濟水深極限隨

環(huán)境而變化。當(dāng)水深超過這些極限時，順應(yīng)塔或浮式生產(chǎn)平

臺變得較有吸引力。這些結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟極限可能是535m。

在更深的水域或更惡劣的環(huán)境下，需要采用浮式生產(chǎn)結(jié)

構(gòu)。

1-3.3儲存結(jié)構(gòu)

在海洋石油生產(chǎn)期間，

在原油運輸?shù)桨渡线M行加

工之前，在海上位置暫時

儲存原油可能是符合要求

的。儲存能力由穿梭油輪

的大小和往返頻率決定。

石油儲存艙通常采用惰

性氣體覆蓋層維持在大氣

壓下。貨物和壓載物管理

是FPSO操作的一個重要

組成部分，下圖是一個專

用儲油結(jié)構(gòu)。

圖1.7500000桶容量的儲油結(jié)構(gòu)

1-3-4輸出系統(tǒng)

海上生產(chǎn)的石油需要從井場運輸?shù)桨渡?。如果結(jié)構(gòu)坐

落在海岸附近，或者有現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施可連接，那么可用

水下管線或管網(wǎng)輸出。

對于邊遠的海上位置，使用管線運輸不是經(jīng)濟可行的

,通常由穿梭油輪完成。這些油輪直接系泊在儲存或生產(chǎn)

結(jié)構(gòu)上，或者用專門的結(jié)構(gòu)系泊。石油用裝油軟管從結(jié)構(gòu)

傳輸給油輪。

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

工,工概述

1.2深水挑戰(zhàn)

L3海洋結(jié)構(gòu)的功能

L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

1.5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

1.7浮式結(jié)構(gòu)

1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1-4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

■L4」底部支持式結(jié)構(gòu)

■L4.2浮式海洋結(jié)構(gòu)

-L4.3浮式與固定式海洋結(jié)構(gòu)的比較

1-4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

海洋結(jié)構(gòu)可分成底部支持式或浮式兩類。

底部支持式結(jié)構(gòu)既可以是“固定的”，例如導(dǎo)管架和

重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，也可以是“順應(yīng)的”，例如繃?yán)K塔和順應(yīng)

塔。

浮式結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是順應(yīng)的。它們可被看作為“中浮性

的”，例如基于半潛的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)、船形FPSO和單立

柱的柱筒式平臺，或者被看作為“正浮力的”，例如張力

腿平臺。

1-4,1底部支持式結(jié)構(gòu)

坐底式結(jié)構(gòu)通常是由焊接的鋼管構(gòu)件建造的，重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

明顯例外。這些構(gòu)件用作為桁架，來支持處理設(shè)備的重量以及來

自風(fēng)、海浪和海流的環(huán)境力。當(dāng)彎曲運動的最低固有頻率高于有

效海浪激勵的最高頻率時，坐底式結(jié)構(gòu)稱為“固定式”。它們就

像剛體一樣起作用，并必須抵抗環(huán)境的全部動態(tài)力。通常也會設(shè)

計“順應(yīng)式”坐底結(jié)構(gòu)，為的是使它們的最低固有頻率在海浪的

能量以下。風(fēng)、海浪和海流導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)彎曲，但動力載荷的幅

值被大大降低。對于固定結(jié)構(gòu)不可行的水深，允許設(shè)計經(jīng)濟的坐

底式結(jié)構(gòu)。

另一類底部支持式結(jié)構(gòu)在溫和的環(huán)境里表現(xiàn)得如同固定式結(jié)

構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)按照功能既像固定式也像順應(yīng)式結(jié)構(gòu)的方式進行

設(shè)計。順應(yīng)性利用選定的方法來實現(xiàn)，例如，當(dāng)作用的側(cè)向風(fēng)、

海浪和海流力超出設(shè)計極限時，錨鏈被提離海底或者樁連接被釋

放，把固定式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動順應(yīng)式結(jié)構(gòu)（從零自由度成為繞海

底的二自由度結(jié)構(gòu)）。

1-4.2浮式海洋結(jié)構(gòu)

浮式結(jié)構(gòu)具有各種程度的順應(yīng)性。

中浮性結(jié)構(gòu)，例如半潛式平臺、柱筒式平臺和鉆井船動力不受約

束，因而允許有六個自由度（升沉、縱蕩、橫蕩、縱搖、橫搖和腦

搖）。

加浮力結(jié)構(gòu)，例如張力腿平臺和系泊浮力塔或浮力腿結(jié)構(gòu)，被系

泊在海底上，因而是升沉約束的。所有這些有整體順應(yīng)性的平臺在

結(jié)構(gòu)上是剛性的。順應(yīng)性用系泊系統(tǒng)實現(xiàn)，浮式結(jié)構(gòu)尺寸大小由浮

力和穩(wěn)定性確定。

直些結(jié)構(gòu)的上部組塊重量比坐底式結(jié)構(gòu)的重量更為關(guān)鍵。

半潛式平臺和船形船體的穩(wěn)定性依賴于水面積，重心一般在浮心

以上。

彳主筒式平臺必須設(shè)計成重心比浮心低，因而它本質(zhì)上是穩(wěn)定的。

正浮力結(jié)構(gòu)依賴于水面積和系纜剛度的組合來達到穩(wěn)定性。

1-4.2浮式海洋結(jié)構(gòu)

浮式結(jié)構(gòu)通常由加強的平板格建造而成，構(gòu)成一個排水主體。

這種建造方法與坐底式結(jié)構(gòu)的管狀構(gòu)造使用的方法涉及不同的過程

°中浮性浮式結(jié)構(gòu)的運動可以作為受到激勵力作用的六自由度系

統(tǒng)準(zhǔn)確地確定。在深水中的正浮力浮式結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大質(zhì)量的約束

系統(tǒng)，并且這個約束系統(tǒng)也受到激勵力影響。平臺的運動與系泊系

統(tǒng)的動力相耦合。

隨著水深增加，平臺、立管和系泊系統(tǒng)之間的運動耦合變得日

益更重要。這些平臺在環(huán)境力作用下的動力分析在本課程的后面討

論。

1-4,3浮式與固定式海洋結(jié)構(gòu)的比較

表1.1坐底式與浮式結(jié)構(gòu)對比

功能底部支持式浮式

有效負荷支持基礎(chǔ)承載能力浮力

井口通道，，剛性”管路（導(dǎo)管）水面井口裝置“動力”立管水下井口水下或水面控

和控制裝置制裝置

環(huán)境荷載由結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的強度、順應(yīng)結(jié)構(gòu)慣由船舶慣性和穩(wěn)定性、系泊強度抵

性抵抗抗

建造管狀空間框架：施工現(xiàn)場平板和框架排水船體：造船廠

安裝駁船（干式）運輸和下水、扶正、濕式或干式運輸，拖運到井場并連

樁承基礎(chǔ)接到預(yù)安裝的系泊裝置上

規(guī)章和設(shè)計慣例石油工業(yè)慣例和政府石油法規(guī)石油工業(yè)慣例，政府石油法規(guī)和海

岸警衛(wèi)隊&國際海洋法規(guī)

表總結(jié)了坐底式和浮式結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要不同點。固定式和浮式平臺不但在外形

上、而且在結(jié)構(gòu)的構(gòu)件上是非常不同的。它們在如何建造、運輸和安裝，受到哪

種激勵力，如何對這些激勵力作出響應(yīng)，以及在設(shè)計壽命結(jié)束時如何退役和再應(yīng)

用/回收利用方面是獨特的。

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

■1.1概述

-1.2深水挑戰(zhàn)

■L3海洋結(jié)構(gòu)的功能

■L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

-1,5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

■L6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

-1.7浮式結(jié)構(gòu)

?1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1.5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

■1?5,工最小型平臺

■L5.2導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)

■L5.3重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

■L5.4自升式平臺

■L5.5水下底盤

■L5.6海底管線

1-5.1最小型平臺

對于淺水中的邊際油田開發(fā)，經(jīng)

常使用有小型甲板的固定式生產(chǎn)平臺。

在最小型狀態(tài)下，這些結(jié)構(gòu)可能支持

下列各項：

(1)少量的井，典型地不足10口；

(2)小型甲板，有足夠的空間來處理

連續(xù)油管或試井車；

(3)一個試驗分離器和一個井口裝置;

(4)一個小型起重機；

(5)一個登船平臺；圖1.8用于邊際油田的最小化平

(6)一個最小的直升機甲板。臺方案舉例

Chevron公司完成了一項研究，在現(xiàn)有的生產(chǎn)平臺方案中，

對于三種不同的設(shè)計重現(xiàn)期(25、50和100年)，識別并選擇能

使46m和61m水深油田的開發(fā)最優(yōu)化的平臺方案。圖1.8描述了三

種這樣的方案。

1-5.2導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)

導(dǎo)管架或底盤結(jié)構(gòu)仍然是用于鉆井和生

產(chǎn)的最常見的海洋結(jié)構(gòu)。一些結(jié)構(gòu)包括延伸

的腿，這些結(jié)構(gòu)適合于井場安裝過程中的自

浮。固定式導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)由互相連接的管狀構(gòu)

件制成，形成一個三維空間框架（圖1.9）。

這些結(jié)構(gòu)通常具有4到8根傾斜腿，在海

浪中抵抗傾翻實現(xiàn)穩(wěn)定。

管狀的主樁通常支撐著導(dǎo)管架并穿過導(dǎo)管架

打入海底。

這些平臺通常支持有兩層或三層甲板的上

層結(jié)構(gòu)，甲板上有鉆井和生產(chǎn)設(shè)備以及修井

機。

目前的紀(jì)錄保持者是Bullwinkle平臺，

其導(dǎo)管架重49375噸，甲板重6033噸，

1988年，被安裝在412m水深的井場。圖1.9Fulmar導(dǎo)管架平臺

1-5.3重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

放置在海底上并由自身重量固

,--

定就位的海洋結(jié)構(gòu)叫做重力式結(jié)構(gòu)。

因此，這些結(jié)構(gòu)并不需要樁或錨的

附加幫助。這些結(jié)構(gòu)十分適合于生

產(chǎn)和存儲石油。它們在靠近海岸的

位置或有遮蔽的水域（例如峽灣）

建造。一旦建成，它們就以直立狀

態(tài)拖航到最終的目的地并浸沒就位,

并經(jīng)常可與結(jié)構(gòu)一起運載上部組塊

甲板。由于重力式結(jié)構(gòu)需要大體積

和大重量，混凝土一直是重力式結(jié)

構(gòu)的常用材料。擁有兩百萬桶石油GULLFAKSCCONDEEP

Statoil

儲量的StatoilGullfaksC平臺如圖Waterdepth:216m

1.10所示Installation:1989

圖1.102百萬桶濕儲油量的GullfaksC生產(chǎn)平臺

1-5.4自升式平臺

自升式駁船一般是三腿結(jié)構(gòu),

甲板支撐在它們的腿上。這些腿

由管狀桁架構(gòu)件組成。甲板一般

是能漂浮的。自升式平臺用于勘

探鉆井作業(yè)，因此，按照能在不

同井位之間移動進行設(shè)計。自升

式駁船在自身的船體浮力支撐下

拖航。有時，它們在運輸駁船的

頂部運輸。它們被稱為自升式平

臺，因為一旦到達鉆井位置，它

們的腿就被固定在海底上，而且

甲板在這些腿上被舉升到水線以

±o自升式駁船在鉆井作業(yè)期間

如固定平臺一樣作業(yè)。

圖1.11自升式鉆井駁船

1.5.5水下底盤

水下底盤的作用：

D提供合適的井距，并為鉆井設(shè)備提供

導(dǎo)弓I。

2）癥少鉆井與開發(fā)之間的時間，使油田

能較早投產(chǎn)。

3）與衛(wèi)星井相比，采用底盤井集中，可

節(jié)省管線。對高凝原油來說，管線越短、

熱量損失少，有利于保溫輸送。

4）衛(wèi)星井分散、底盤井集中。

5）底盤既可適用于固定式采油平臺，也

可用于浮式采油平臺及張力腿平臺，還可

用于鉆井和采油，操作簡單，靈活方便，

能使鉆井速度加快。圖1.12水下底盤示意圖

水下底盤的類型：

定距式底盤、組合式底盤和整體式底盤三

類。

1-5.6海底管線

海底管線用來把油氣從生產(chǎn)平臺傳輸

到儲存設(shè)施或岸上，具有連續(xù)、快捷、

安全、經(jīng)濟的特點，可達到較高的輸送

效率和速度，能量利用也頗為合理。海

底管線的安裝在幾百米的中深水和深水

都很常見。

常見的管線鋪設(shè)方法包括：

?使用傾斜塔的J型鋪設(shè)

?使用垂直塔的J型鋪設(shè)

?S型鋪設(shè)

?卷筒式鋪設(shè)

?串接

?多重鋪設(shè)

海底管線的設(shè)計、建造和安裝將

在后面討論。

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

■1.1概述

-1.2深水挑戰(zhàn)

■L3海洋結(jié)構(gòu)的功能

■L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

-1,5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

■L6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

-1.7浮式結(jié)構(gòu)

?1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

■L6.1皎接式平臺

■L6.2順應(yīng)塔

■L6.3繃?yán)K塔

1.6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

順應(yīng)式結(jié)構(gòu)包括那些延伸到海底并用樁和/或?qū)蛩髦?/p>

接固定在海床上的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)通常被設(shè)計成最低階模

態(tài)頻率在海浪能量以下，與固定式結(jié)構(gòu)恰恰相反，固定式

結(jié)構(gòu)的第一階模態(tài)頻率大于海浪能量頻率。

順應(yīng)式平臺主要包括較接塔、順應(yīng)塔和繃?yán)K塔。

1.6.1較接式平臺

校接塔平臺是在較淺水域起步并緩慢

移進深水中的最早的順應(yīng)式結(jié)構(gòu)之一。錢

接塔是一個直立塔，在其基礎(chǔ)上用萬向接

頭較接，并且由于環(huán)境的影響可繞這個接

頭自由振蕩。在海床上的萬向接頭以下的

基礎(chǔ)可以是重力式基礎(chǔ)，也可以是樁式基

礎(chǔ)。錢接塔在萬向接頭附近進行壓載，并

且在自由水面上有足夠大的浮力箱，來提

供大的恢復(fù)力（力矩）。較接塔延伸到自

由水面以上，容納甲板和液壓水龍頭。在

更深的水域，采用雙較鏈往往更有優(yōu)勢，

第二個較接頭在中間深度位置。圖1.13校接塔平臺示意圖

錢接塔被用作為單點系泊系統(tǒng)，永久地系泊儲存和生產(chǎn)油輪，或被用作

穿梭油輪的一種系泊和卸載的中間媒介。錢接塔必須在壽命風(fēng)暴以及與油

輪連接時的作業(yè)海況下能夠自存。疲勞是這類系統(tǒng)的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在中

深水，這種結(jié)構(gòu)可能需要處理成一種柔性結(jié)構(gòu)，進行疲勞應(yīng)力評估。

1-6.1較接式平臺

表1.2已安裝的較接式平臺的實例

平臺油田/位置水深(m)獨特性年份

2SPM巴西Campos盆地油田122永久系泊和負載1975

SALM北海Thistle油田174多個錢接1977

STATFJORDSPM北海1451980

SALM加州圣巴巴拉Hondo150永久系泊到50000總

油田載重噸位

ALT北海Fulmar油田82永久系泊；穿梭油輪1982

串聯(lián)

ALT北海Maureen油田93混凝土立柱1982

表1.2表示到目前為止建造的單點系泊系統(tǒng)的實例，單點

系泊系統(tǒng)的實際應(yīng)用和經(jīng)濟性通常限制到幾百米水深。

1.6.2順應(yīng)塔

順應(yīng)塔與傳統(tǒng)的平臺相似，也是從水面延伸到海底，并

且對波浪是相當(dāng)透射的。順應(yīng)塔被設(shè)計成在風(fēng)、海浪和海流

力作用下能彎曲。對于同樣的水深，它比傳統(tǒng)的平臺使用的

鋼材少。表1.3比較了世界上最深的固定式平臺Bullwinkle與

墨西哥灣中最高的順應(yīng)式結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重量。

表1.3順應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)重量

平臺水深ft(m)上部組塊重量的噸數(shù)結(jié)構(gòu)重量的噸數(shù)

Bullwinkle(固定式)1353(413)2033（原始）49375

Baldpate1650(503)240028900

Petronius1754(535)750043000

1.6.2順應(yīng)塔

目前，Petronius是全世界最I(lǐng)WJ的自由豎立式結(jié)構(gòu)

圖1.14Petronius順應(yīng)塔示意圖

繃?yán)K塔

繃?yán)K塔是一種由桁架構(gòu)件

組成的細長結(jié)構(gòu)，它放置在海

床上，由一系列對稱的懸鏈線

繃?yán)K固定就位?？?yán)K塔可應(yīng)用

在很深的險惡水域，環(huán)境產(chǎn)生

的作用在重力基礎(chǔ)或?qū)Ч芗苄?/p>

結(jié)構(gòu)上的載荷驚人地大。

繃?yán)K通常有幾段，上面部

分是引導(dǎo)纜索，在中等海況下

,它就像一根剛硬的彈簧那樣

發(fā)揮作用；下面部分是帶有集

中重量的重型鏈條，在洶涌的

海況下被提離海底，并且像一

根軟彈簧那樣發(fā)揮作用，從而

圖1.15繃?yán)K塔示意圖

使得塔更加順應(yīng)。

1.6.3繃?yán)K塔

1983年，

Exxon公司在密

西西比大峽谷區(qū)

塊300m的水深

區(qū)安裝了第一座

名為Lena

Guyed塔的繃?yán)K

塔。它類似導(dǎo)管

架結(jié)構(gòu)，但是順

應(yīng)的，并由懸鏈

線系泊纜在360

度范圍內(nèi)系泊。

圖1.15(b)Lena繃?yán)K塔示意圖

第一章海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

■L1概述

-1.2深水挑戰(zhàn)

-1,3海洋結(jié)構(gòu)的功能

■L4海洋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

■1?5底部支撐的固定式結(jié)構(gòu)

■L6順應(yīng)式結(jié)構(gòu)

-1.7浮式結(jié)構(gòu)

■1.8船級社和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織

1-7浮式結(jié)構(gòu)

■L7.1浮式平臺的類型

■L7.2鉆井裝置

■L7.3生產(chǎn)裝置

（FPSO和浮式生產(chǎn)系統(tǒng)）

■1?7.5平臺構(gòu)造

1.7.1浮式平臺的類型

浮式結(jié)構(gòu)可以劃分為中浮性和正浮力兩類。

中浮性結(jié)構(gòu)包括柱筒式平臺、半潛可移式海洋鉆井裝置和浮式生產(chǎn)系統(tǒng)、船

形FPSO和鉆井船。

正浮力結(jié)構(gòu)的例子有張力腿平臺、張力腿井口平臺和浮力塔。

浮式平臺的功能按用途劃分為:表1.4浮式系統(tǒng)的分類

1）可移式鉆井型分

類型結(jié)構(gòu)

2）生產(chǎn)型類

鉆可移式海洋鉆井裝置半潛式平臺

井

浮式裝置沒有標(biāo)準(zhǔn)船型浮式平臺

化。雖然按照相同或相駁船

似的設(shè)計方案設(shè)計多座生中浮性

產(chǎn)浮式生產(chǎn)、儲油和卸油系船型浮式平臺

平臺可顯著節(jié)約成本，統(tǒng)駁船

但對于大部分設(shè)計，每浮式儲油和卸油系統(tǒng)半潛式平臺

浮式生產(chǎn)系統(tǒng)柱筒式平臺

個深水油田一直延用井口控制浮筒

“適合目標(biāo)”的設(shè)計進

行開發(fā)。正浮力

傳統(tǒng)的張力腿平臺張力腿平臺和張力腿井

最小型張力腿平臺口平臺

鉆井裝置

在開發(fā)鉆井之前

進行勘探鉆井，當(dāng)開

發(fā)井鉆成并完井時，

就開始生產(chǎn)。因此，

鉆井裝置多于生產(chǎn)裝

置?？梢剖胶Ｑ筱@井

裝置包括自升式裝置、

鉆井駁船、半潛式平

臺和鉆井船等。

圖1.16鉆井船示意圖

1-7-3生產(chǎn)裝置（FPSO和浮式生產(chǎn)系統(tǒng)）

大多數(shù)浮式生產(chǎn)裝置是中浮性結(jié)構(gòu)（允許六個自由度）

,這些結(jié)構(gòu)預(yù)定成本高效地生產(chǎn)和輸出石油和天然氣。

FPSO通常指的是具有幾個不同系泊系統(tǒng)的船形結(jié)構(gòu)。系泊

系統(tǒng)包括擴展式或可解脫的內(nèi)、外轉(zhuǎn)塔，以便在颶風(fēng)或臺風(fēng)

到來時，F(xiàn)PSO能被移到一個受保護的環(huán)境中。

對于邊際油田和深水油田開發(fā)，浮式生產(chǎn)裝置已經(jīng)成為

一種有效的解決方案。但20世紀(jì)90年代投入使用的大多數(shù)浮

式生產(chǎn)系統(tǒng)，卻基于新建造的半潛式平臺和柱筒式裝置。因

為這些結(jié)構(gòu)具有通用性、可移性、相對低的成本和自我遏制

的優(yōu)勢。

1-7-3生產(chǎn)裝置（FPSO和浮式生產(chǎn)系統(tǒng)）

在墨西哥灣

水深大于600m

的范圍內(nèi)，已經(jīng)

發(fā)現(xiàn)了50多個油

氣田，這些油氣

田擁有超過4000

萬桶原油當(dāng)量的

可開采儲量。這

些油田的大多數(shù)

很可能利用浮式

生產(chǎn)系統(tǒng)或許還

用FPSO系統(tǒng)來

圖1.17浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置FPSO

開發(fā)。

1-7.4鉆井和生產(chǎn)裝置

典型說來，浮式裝置需要

設(shè)計成鉆井裝置或生產(chǎn)裝置，

以使裝置的甲板有效負載和總

體尺寸/位移達到最小。這種規(guī)

則的基本例外是張力腿平臺和

柱筒式平臺。這些裝置具有有

限的運動，并為水面完井提供

了合適的設(shè)施。

圖1.18FPDSO結(jié)構(gòu)示意圖

對于具有很大位移的船形FPSO來說，由于鉆井系統(tǒng)的采用

,甲板有效負荷的增加不是一個問題。然而，船舶的運動一直是

發(fā)展浮式生產(chǎn)、鉆井、儲存和卸油裝置(FPDSO)躊躇不前的主

要原因。技術(shù)進步和在相對溫和的環(huán)境下開發(fā)西非近海深水域的

潛在可能，導(dǎo)致了具有船中月池的FPDSO投入使用。

1-7.5平臺構(gòu)造

■L7.5.1半潛式平臺

■L7.5.2柱筒式平臺

■L7.5.3張力腿平臺

-L7.5.4最小型張力腿平臺

-1.7.5.5ETLP的總體結(jié)構(gòu)和特點

1.7.5.1半潛式平臺

半潛式平臺由上部組塊、浮體、

系泊系統(tǒng)、懸鏈線立管（外輸/輸入）

和樁基礎(chǔ)構(gòu)成。

浮體的作用是保持足夠的浮力支

撐上部組塊、系泊系統(tǒng)和立管的重量。

系泊系統(tǒng)把浮式平臺錨泊在海底

的樁基礎(chǔ)或錨上，使平臺在環(huán)境力作

用下的運動在允許的范圍內(nèi)。

平臺的立柱在水下用水平浮力構(gòu)

件（浮筒）在底部彼此連接。

圖1.19半潛式平臺及其工程模式

一些較早期的半潛式平臺由于兩個浮筒具有船腦和船艇而類似船形

結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)被認為適合在其自身的動力作用下、或者由拖船拖曳從

鉆一口井重新定位到鉆另一口井的位置。早期的半潛式平臺還包括重要

的斜交叉撐，來抵抗由波浪引起的撬動力和推壓力。

半潛式平臺

油氣田生產(chǎn)的需要，

導(dǎo)致了半潛式平臺方案的

進一步發(fā)展。新型半潛式

平臺典型地是帶有四個立

柱的正方形，箱型或圓柱

型浮筒把這些立柱相連接。

箱型浮筒經(jīng)常是流線

型的，從而消除尖角，便

于更好地定位；

斜撐常常被消除來簡

化建造。圖1.20新型半潛式平臺

1-7-5.2柱筒式平臺

隨著近海油氣工業(yè)朝著深水和超深水未勘探地區(qū)尋找新油氣發(fā)

現(xiàn)和生產(chǎn)的發(fā)展，Spar平臺因特別適宜于深水作業(yè)，在深水環(huán)境中

運動穩(wěn)定、安全性良好，靈活性好，經(jīng)濟性好，已成為最富吸引力

的發(fā)展概念之一。下面的圖表為1996年后，Spar平臺的發(fā)展情況。

圖1.21柱筒式平臺的進展情況

1-7-5.2柱筒式平臺

1996年后，Spar平臺的發(fā)展情況

名稱形式地理位置水深(m)就位時間操作方

NeptuneConvent.GoM5881996Kerr-McGee

GenesisConvent.GoM7921998ChevronTexaco

HooverDianaConvent.GoM14622000ExxonMobil

NansenTrussGoM11202001Kerr-McGee

BoomVangTrussGoM11282002Kerr-McGee

HornMountTrussGoM16532002BP

MedusaTrussGoM6782003Murphy

DevilsTowerTrussGoM17102003Dominion

HolsteinTrussGoM13112003BP

GunnisonTrussGoM9452004Kerr-McGee

FrontRunnerTrussGoM10152004Murphy

MadDogTrussGoM13722004BP

RedHawkCellGoM16152004Kerr-McGee

ConstitutionTrussGoM15242006Kerr-McGee

TahitiTrussGoM12502006ChevronTexaco

1.7,5.2柱筒式平臺

柱筒式（Spar）平臺由上部組塊、筒式浮體、系泊纜、頂部浮筒式井口

立管、懸鏈線立管（外輸/輸入）和樁基礎(chǔ)構(gòu)成，一般是采油生產(chǎn)平臺。

浮體的作用是保持足夠的浮力支撐上部組塊、系泊纜和懸鏈線立管的重

量，并通過底部壓載使浮心高于平臺重心，形成不倒翁的浮體性能。

系泊纜一般是由錨鏈+鋼纜+錨鏈構(gòu)成，其作用是把浮式平臺錨泊在海底

的樁基礎(chǔ)上，使平臺在環(huán)境力作用下的運動在允許的范圍內(nèi)。

頂部浮筒式井口立管由自帶浮筒支撐。

目前柱筒式平臺有三種類型，

都有專利保護

1）傳統(tǒng)式（ClassicSpar）

2）桁架式（TrussSpar）

3）多柱筒式（CellSpar）平臺。

傳統(tǒng)式框架式多筒式

1.7,5.2柱筒式平臺

(a)ClassicSpar的總體結(jié)構(gòu)和特點

、停機坪

上部設(shè)施

Spar平臺總體上

是一個龐大的直立圓靜水面

柱體，依靠浮力支撐，，螺旋形側(cè)板

水面上的設(shè)備，其穩(wěn),Spar附體

定性源于重心低于浮

心，并通過系于船殼系泊系統(tǒng)

的側(cè)向懸鏈線錨纜固

定。

Spar由平臺上

體、平臺主體和系泊

系統(tǒng)組成。

圖1.22Spar的結(jié)構(gòu)示意圖及其外輪廓圖

1.7,5.2柱筒式平臺

平臺上體：傳統(tǒng)式Spar平臺上體是平臺生產(chǎn)和生活的中心，一般為二

層或三層甲板的模塊結(jié)構(gòu)，甲板形狀為矩形。各層甲板之間采用立柱和斜

撐結(jié)構(gòu)連接固定。平臺主體頂部裝有立柱基座，與主體的垂直防水壁形成

整體。平臺上體的主支撐立柱直接與立柱基座對接，并貫入主體內(nèi)部以便

達到較好的固定效果。生產(chǎn)和生活設(shè)施基本上按照傳統(tǒng)平臺的甲板布局方

式布置。根據(jù)設(shè)計要求，可在頂層甲板上安裝重型或輕型鉆塔，以完成平

臺鉆探、完井和修井作業(yè)。

平臺主體：Spar平臺的主體是一個在水中垂直懸浮的封閉單圓柱筒體

,體型較大，重心位于水線面以下很深的位置。龐大的主體內(nèi)部采用垂直

隔水艙壁和水平甲板分隔成多層、多艙結(jié)構(gòu)，并具有各自的功能。平臺主

體主要由硬艙、中段和軟艙三部分構(gòu)成。平臺船體的上部水密艙提供浮力

,支承設(shè)備、船體、壓艙物、胭裝設(shè)備和垂直錨索載荷的重量。在這些堅

固的液體艙下，中間部分是沒有充水的。在船體的底部是一個軟液艙，它

在從船廠到安裝地點水平拖動時提供浮力。單柱式平臺本身是倒立的，一

旦到達安裝位置，中間部分和軟液艙被注水，當(dāng)軟液艙的頂部被浸沒時，

軟液艙中的一個大開口允許整個軟液艙迅速注水，使平臺在不足兩分鐘內(nèi)

顛倒過來。

1-7-5.2柱筒式平臺

錨泊系統(tǒng)：這是一個繃緊的懸鏈系統(tǒng)，它在每個井口裝置上為單

柱平臺提供定位，進行立管回接作業(yè)。立管本身是由套管組成的，套管

靠位于中央井的浮力桶罐繃緊。這些桶罐提供不變的張緊力，并且有效

地隔離了垂蕩運動對立管的影響。中心井和單柱平臺船體還保護立管免

受波浪和潮流力的作用，作用在立管上的力只由水平和垂直摩擦產(chǎn)生，

這些力在中心井和龍骨處在立管導(dǎo)軌上被轉(zhuǎn)移。在立管脫離平臺船體的

位置，龍骨的運動很小，對立管產(chǎn)生的動力效應(yīng)也很小，這種優(yōu)良的載

荷條件允許立管使用比較便宜的套管接頭。

在存在高局部彎曲載荷的龍骨處，有特殊要求，需用一個特殊的龍

骨接頭適應(yīng)這些載荷。還要求這個接頭耐磨，因為平臺船體相對于立管

作垂蕩運動。

1.7,5.2柱筒式平臺

Spar的王要優(yōu)點如下：

1、可支持水上干式采油樹，可直接進行井口作業(yè)，便于維修

,井口立管可由自成一體的浮筒或頂部液壓張力設(shè)備支撐。

2、升沉運動和TLP相比大的多。但和半潛或鉆井船相比仍很

小。平臺的重心通常較低，這樣運動相對減小。

3、對上部結(jié)構(gòu)的敏感性相對較小。通常上部結(jié)構(gòu)的增加會導(dǎo)

致主體部分的增加。但對錨泊系統(tǒng)的影響不敏感。

4、機動性較大。通過調(diào)節(jié)系泊系統(tǒng)，可在一定范圍內(nèi)移動進

行鉆井，重新定位較容易。

5、對特別深的水域，造價上比張力腿平臺有明顯優(yōu)勢。

6、造價低，便于安裝，可重復(fù)使用，對邊際油田比較適用。

1-7-5.2柱筒式平臺

7、它的柱體內(nèi)部可以儲油，它的大吃水形成對立管的良好保護，

同時其運動響應(yīng)對水深變化不敏感，更適宜于在深水域應(yīng)用。由于

不需要另外的浮式儲油系統(tǒng)，將生產(chǎn)和儲油合在一個平臺，這種平

臺特別適合于孤立油田的開發(fā)。下表為傳統(tǒng)Spar的構(gòu)造資料。

表1.6傳統(tǒng)Spar的構(gòu)造資料

主

建

體

成

名稱主尺度(m)設(shè)計系泊索水深海底

時

間

質(zhì)

量

載重(B1)基礎(chǔ)

長度直徑，材料數(shù)量長度直徑

(kN)

t)(m)(m)

Neptune215221290659930鋼611250.12588樁基1997

Genesis215372670390000鋼1413410.13793樁基1998

Hoover2153735000180000鋼1221640.151463樁基1999

1-7-5.2柱筒式平臺

(b)TRUSSSPAR的總體結(jié)構(gòu)和特點

桁架式Spar(TrussSpar)是第二代Spar

采油平臺，它對第一代Spar的主體結(jié)構(gòu)進行

了改進。

TrussSpar的主體分為三部分：

1)封閉式主體主要負責(zé)提供浮力，浮

艙、可變壓載艙等都位于其中；

2)中段的開放式主體為桁架結(jié)構(gòu)，采

用垂蕩板分為數(shù)層；

3)底部壓載艙則主要負責(zé)提供壓載，

平臺的穩(wěn)定性由垂蕩板和底部壓載艙提

供。圖1.23TrussSpar結(jié)構(gòu)示意圖

位于主體上部的硬艙與ClassicSpar平臺一樣，都是封閉式圓柱體結(jié)

構(gòu)；平臺主體的中段采用了開放式桁架結(jié)構(gòu)，取代ClassicSpar平臺的封

閉中段；位于主體下部的是底部壓載艙。因為TrussSpar將主體中段改成

了開放式桁架結(jié)構(gòu)，所以不具有石油儲藏能力。

1.7,5.2柱筒式平臺

TrussSpar的桁架部分組成隔艙，隔艙由甲板隔開，

甲板有效的限制了升沉方向隔艙內(nèi)的水，甲板還可以延伸

到排水船體周邊以外，這將導(dǎo)致升沉粘性阻尼的極大增加

O因而，盡管排水船體吃水較淺，升沉響應(yīng)勝過深吃水”

經(jīng)典”單柱平臺，即使在較低的總吃水下也是如此。因而

,TrussSpar對于浮式生產(chǎn)，即使在使用深吃水單圓柱平

臺不實際的較淺水域，也是一種潛在的選擇方式。

TrussSpar是目前發(fā)展最為活躍的Spar海上采油平臺

,這種平臺主體的一部分由以前的圓柱型變?yōu)殍旒芙Y(jié)構(gòu)，

在架下部加以壓載，當(dāng)平臺的儲油能力要求不高時，這種

結(jié)構(gòu)更輕，運動性能和穩(wěn)定性更好，更為經(jīng)濟有效。下表

列出了目前世界上所有TrussSpar平臺的構(gòu)造資料。

1.7,5.2柱筒式平臺

表1.7TrussSpar平臺的構(gòu)造資料

名稱主尺度(m)主體質(zhì)量設(shè)計載重系泊纜水深海底基建成時

(t)(kN)(m)礎(chǔ)間

長度直徑材料數(shù)量

Nansen166271200087500鋼91120樁基2001

Boomvang166271200087500鋼91052樁基2002

Horn170321460086000鋼91646吸力2002

Mountain

Medusa1682911300>48900鋼9678吸力2003

DevilsTower17929<11300>48900鋼91710吸力2004

Gunnison1673013797107700鋼9960吸力2004

Holstein2274537000239900鋼161308吸力2004

MadDog1693920000163290尼龍111347吸力2004

FrontRunner16829>11300>60000鋼91067吸力2004

1-7-5.2柱筒式平臺

(c)CellSpar的總體結(jié)構(gòu)和特點

Spar采油平臺以其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢在世界

深海采油領(lǐng)域獲得了極大的發(fā)展，創(chuàng)造了良

好的經(jīng)濟效益。為了克服其體積龐大，造價

昂貴，對建造船塢的要求很高，且不易安裝

的缺點，2004年，一設(shè)計了第三代多柱筒

Spar(CellSpar)采油平臺。

CellSpar的主要改進點仍集中在主體

結(jié)構(gòu)上，平臺主體也可以分為上部硬艙、中

段和軟艙三個部分，但是它采用了一種組合

式主體構(gòu)造，取代了Spar平臺傳統(tǒng)的單圓

圖平臺主體示意圖

柱主體結(jié)構(gòu)。1.24CellSpar

CellSpar平臺的主體是由若干個小型的、中空的圓柱形主體組成的。

這些分段式主體可以在不同的地點獨立建造，然后再組裝起來形成完整

的CellSpar平臺主體。組裝時，以一個小型圓柱體作為中心，將其他的

圓柱體環(huán)繞捆綁在該中心圓柱體上，從而形成一個蜂巢形的主體結(jié)構(gòu)。

1.7,5.2柱筒式平臺

CellSpar每一個圓柱形主體組件的直徑都相同，但是長度不一

樣，可以分為長組件和短組件兩類。各圓柱體組件以頂部為基準(zhǔn)對

齊，并采用鋼架結(jié)構(gòu)固定組裝在一起，位于主體中央的是一個短圓

柱體，其他的圓柱體組件構(gòu)成了主體的外圍。從主體頂甲板至短圓

柱體分布的底甲板之間的部分是硬艙，平臺的固定浮艙和可變壓載

艙都位于這一部分。在硬艙以下直至軟艙頂甲板是平臺主體的中段

部分，中段是由數(shù)根處于主體外圍的長圓柱體組件組成的。這幾根

長圓柱體組件向下一直延伸到平臺主體的底部，并在它們的下端與

軟艙的外沿固定，充當(dāng)了剛性連接硬艙和軟艙的支撐腿。各支撐腿

之間采用數(shù)層垂蕩板結(jié)構(gòu)連接起來，一方面滿足了主體自身強度的

要求，另一方面還增加了平臺的附加質(zhì)量，降低了垂蕩運動的固有

周期。另外，主體的硬艙和中段支撐腿上都安裝了螺旋形側(cè)板結(jié)構(gòu),

目的是減少渦流對平臺運動的影響。平臺的軟艙位于主體的底部，

與支撐腿連接，平臺的固定壓載艙位于這一部分，其中安裝了固體

永久壓載物以提高平臺的穩(wěn)定性。

1.7,5.2柱筒式平臺

因為結(jié)構(gòu)上的改進，CellSpar擁有比ClassicSpar和TrussSpar更小、更輕的主

體結(jié)構(gòu)，從而進一步降低了Spar的造價和安裝運輸費用。并且由于CellSpar平臺

的主體是分為數(shù)部分各自建造，每一個圓柱形主體的體積都不是過于龐大，對造船

場所的要求不是太高，這就使生產(chǎn)商在選擇CellSpar主體建造地點時具有更大的

靈活性，可以大大降低平臺的整體造價。下表為這座平臺的特征資料。

日產(chǎn)能力（天然氣）初期：340萬nP,遠期：850萬nP

主體直徑20m

主體長度171m,干舷15m

主體質(zhì)量7200t

固定壓載22MN

甲板主尺度34mX41m

上體有效載荷初期：36MN,遠期:47MN

海底油井2口初期海底油井，通過100mm直徑柔性輸油管連接

水深1500m

安裝位置GardenBankBlock877

股份Kerr-McGee公司（經(jīng)營者）50%,DevonEnergyCorp公司50%

1-7.5.3張力腿平臺

1984年，第一座實用化TLP在北海Hutton油田建成之后，TLP在

生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，技術(shù)得到了迅速發(fā)展。圖1.25為TLP按

照建成時間和水深列的圖表，借助此圖表可以大致了解世界TLP的發(fā)

展?fàn)顩r。

圖1.25張力腿平臺的發(fā)展歷程

1-7.5.3張力腿平臺