1、 q一jD1 蚜 式 深海采油平台重力式结构与浮式结构 宋王昔 T 太连理工大学海岸厦匠海工程冒豪重点宴暄室，1l5024) 第6届国际近海和极区工程会议于1996年5月26日至31日在美国洛杉矶举行，有3O 多个国家和地区的近300名代表与会 文集收录论文350多篇内容包括近海资源和技术 海洋资源和动力学海洋能，环境技术，套箍结构，张力腿平台，圆柱平台浮式结构和生产 地质工程，管线，升降器，缆和系泊，冰和极区技术数值渡、非线性波、破碎渡、流体力学，管 结构、焊接和钒器人，疲劳和断裂，复台材料、力学和试验，可靠度和安全度，损伤和破坏，船 和海上系统等 现就深水海洋采油平台结构型式作一介绍 ，
2、1重力式结构 会议介绍的深水重力式平台结构主要为砼结构平台，是由H0“，GC等人设计，加拿 大承包商负责施工建造在Hibernia海域的重力式砼平台，它是目前已建和在建的砼平台结 构中几何形状最复杂、配筋量最多的大体积砼结构 它的主体结构由沉箱、腿拄、甲板和甲板 上的采、储油等装备组成 沉箱中有大量的墙梁交叉截面，沉箱底板直径108 rn，厚度900 1 400 111T)，布置在插 入海底的高24 m的砼裙板上 底板为在两个正交方向施加后张预应力的砼结构 沉箱高 85 rn沉箱外部锯齿形抗冰墙由圆的x，V形的桁架和联结墙板支承。抗冰墙壁厚1 400 mm，X，V彤墙壁和联结墙板厚700900
3、mm在联结墙板的内边，板由8m高的梁和内墙 板支承，这些内墙板与柱身和联结墙板互相连结，形成6个储油室。内墙厚6800 mrn 这些内墙板和联结墙板在水平和垂直方向采用后张预应力。柱身、两个钻机竖井、一个升降 机竖井和一个有多种用途的竖井直径均为17 m有多种用途的竖井在平台运转期间始终是 无水的 600 mm厚的顶板由4 m高的粱系支承，梁、板均为后张预应力结构。4根腿拄伸出 顶板，其直径17 m，壁厚590 mm 高1112 rn，腿拄的顶部壁厚增至2 000 1rn，形成支承甲 板结构的环形牛腿。该平台适于水深80 ID，储油量为200 000 m ，设计基准期3O年。 砼重力式结构的优
4、点是稳定性好，抗腐蚀、耐久性好，维护和维修费用小，节省钢材，造 价低 缺点是施工期长、适用的水深有隈，特别对于超垃100 m的水深 很少有采用重力式 结构 为适应深水油田的开发，目前很多国家都把注意力放在研制浮式结构。 2浮式结构 浮式结构有两种，一种为吃水较浅的多圆柱张力腿平台，一种为吃水较深的单圆柱张力 腿平台(图1) -98 维普资讯 http:/ 直升飞机场 部装备 舟 K r ,I iN、 f a外部轮脚 b山 ：轮廓 图1 Oryx单圆柱平台 21多圆柱张力腿平台 多圆柱钢张力腿平台的概念始于60年代后期，目前已安装了5座，还有2座正在设计、 安装中，这些平台太部分应用于北海中 T
5、Munkejord教授介绍的多圆柱砼张力腿平台是 目前世界已建的浮式生产平台中最大的，并且是第一个砼平台。它建在挪威的Heidrun海 域，水深345 m，设计基准期50年，缆绳的疲劳寿命1 000年 该平台由模块化的顶部装备和甲板、砼壳体、16根垂直缆绳和4个重力式砼基础组成。 总的顶部装置由j个太的模块和9个小的模块组成。另外设计中还考虑未来增加一个模块 轻骨料砼壳体由两个模块支承梁、四根腿柱和一个环形浮体组成，构成一个承受壳体自 重、缆绳张拉力及其他荷载的总体浮体 为了减轻自重、增l大洋力，整个壳体采用轻骨料砼。 支承顶部模块的2个箱形轻骨料砼大粲横跨壳体柱之间，并被支承在柱的牛腿上。甲
6、板上的 模块由844个大的螺栓固定在这两根支承梁上。这两根支承粱将甲板上的荷载传给砼壳体。 粱的尺寸为：长14725m，高75m，宽7 0m，腿柱长80m，直径31m为了防止一旦腿柱 外壁受船撞击损坏导致偶然的海水涌进，柱壁采用带有隔离舱的双层壁。外形浮体长490 m，宽1 59 m，高1 30 m，将四根腿柱的下端连为一体。 用于系平台的1 6根缆绳分为4组，顶端分别系在砼壳体的四角，而底端分别系在四个 位于海底的砼基础上，每根缆绳垒长269 m、直径1 18ram位于海底的4个重力式砼基础 为装配式隔室结构，总基底面积1 500 m ，主要用于系平台的缆绳，是用普通砼制成 多圆柱张力腿平台
7、的最大优点是适于深水采油，整个结构布置紧凑，比重力式结构造价 低。存在的问题是该类平台是一种新概念，尚有很多不确定的影响因素无法精确计算，设计 偏于保守。另外由于浮式结构设计中，平台顶部重量起到重要的控制作用，所以尽量减少平 台顶部的重量是未来研究的方向。为了极大的降低张力腿平台的成本，很多专家认为，未来 99 维普资讯 http:/ 的工作应集中在对现有设计的彻底审查和研究中，以便去掉已编人设计规程中的保守部分， 改进设计方法。 在总结已有的设计经验的基础上，一种新型的三角形张力腿平台的概念设计已开始。它 是Aker工程科学院开发的一个承受40 000吨甲板荷载的平台，其主要参数为：总排水量
8、 86 000 T，预拉力14 000 T，柱直径235 m，吃水499 m三角形张力腿平台的优点是节省 材料，减轻顶部结构重量，结构的主要元件更加紧凑，静力、动力荷载分布更加合理，由此可 见三角形张力腿平台是未来深水采油平台的发展方向。如挪威的Aker工程科学院正在进 一步研究改进三角形张力腿平台的概念设计，拟采用固定长度的缆 绳、操作中去消缆绳张力测量、荷载的有效分布、基础位置容许偏差 i卜 *月 的增大、吃水的增大等 童 22单圆柱张力腿平台 i 单圆柱张力腿平台主要由甲板、甲板上的装备、垂直圆筒和保持_lr 目 圆筒稳定位置的悬链锚线组成(如图1)。美国JEHalkyard教授介 R
9、绍，第一座近代圆柱平台Oryx圆柱平台将于1996年9月被安装在 扦 墨西哥湾，水深588 rll图h为oryx圆柱壳体的外部轮廓，图lb为 l 下- t承 内部轮廓，壳外直径2195m，中心井尺寸为975。75 ，生产甲 装置 板尺寸3078X4145 m位于中心井区的16 Ill井生产油和气，采出 l 的油和气输送到软管。这些软管通过在圆柱外表面的粗管，圆柱壳上 苎 面的浮桶提供支承设备、壳、压舱物、成套装备的重量和垂直系泊缆 I” 绳荷载的浮力。在上述浮桶的下面中截面是可以自由充满的。圆柱 I 壳底是。一个软桶，它提供将平台从船坞水平拖到深水安装工地时的 赢； 一- 浮力。系泊系统是一个
10、拉紧的悬链线系统，在整个操作过程中，它可 1Ir 保持圆柱在每一个井头的定位，生产的升降器系统如图2所示。 ?生产开降系统 图3 20口井和生产圆柱平台的外部轮廓 图4 20口井钻和生产圆柱平台的内部轮廓 100 维普资讯 http:/ 油和气输出f s 匿： ： 25一 L-一3875 一 图5系泊系统 单圆柱张力腿平台的主要特征为：所有生产设备都放在由圆柱支承的甲板上，钢提升器 由几个浮桶支承在中心井，在整个操作过程中，由悬链系泊缆绳保持平台的稳定位置。由圆 柱平台生产的油、气可通过柔性飘线、钢链提升机输送到管线，垂直提升机的利用使得由圆 柱较低的升降和螺距运动就可产生一个深吃水效果，圆柱
11、的设计结果导致在系泊导线板上 产生非常小的动力运动，这允许采用拉紧的悬链系泊缆绳，达到节省材料的目的。其缺点是 没有全钻的能力。为此产生第二代单圆柱平台的设计要求。美国JEHalkyard教授介绍的 为20口井设计的具有全钻能力的第二代圆柱张力腿平台如图3，4所示。它的系泊系统如图 5所示。 基于大型模型试验和数值模拟表明：单圆柱吃水张力腿平台是集深水生产、钻、储为一 体的有效的平台型式，由于圆柱本身封闭了一个很大的空间，所以它特别适于储油。 上述介绍的各种深水采油平台的结构型式对我国深水采油事业的发展有重要的参考价 值。 (上接第81页) (5)V 关，V 开，脉管中气体流入B ，其压力降低
12、，接近P。 (6)V 开，脉管中气体流向压机，B 中气体流向脉管。 由此，无论是气体从气库向脉管流动导致脉管中压力升高，还是气体从脉管流入气库， 蓄冷器的热端还是冷端，都没有气体流动，使蓄冷器损失降低。实验证明，采用新结构的单级 脉管制冷机的最低制冷温度为28 K，在80 K的制冷量达160 W，输入功率为365 kW，得 出在8O K的卡诺效率比为11 (图4)。这是至今能获得的最高水平。 目前，4K级GM制冷机已由实验室走向工业应用，国外已有小批量产品。进一步提 高GM机在42 K的制冷量，可实现制造不用液氨的中小超导磁体恒温器，这是非常有 意义的。脉管制冷机的研究正在深入，提高脉管机的制冷效率、降低其制冷温度、简化结构是 目前努力的方向。 101 维普资讯 http:/
