深水浮式平台的类型.doc

1、1深水浮式平台的类型深水浮式平台的类型深海有着强大的油气资源储备。不断涌现的各种新型采油平台技术促进着深海采油技术的高速发展，这些技术概括起来可分为四大类：张力腿式平台(TLP)，单筒式平台(SPAR) ，半潜式平台 (SEMI)和浮(船)式生产平台(FPSO)。在每一大类中，又有很多不同的技术概念。下面就不同型式的平台使用和特点分别做介绍。图1：深水平台类型一、一、深海张力腿平台的发展概况及发展趋势2图 2：张力腿平台的发展自 1954 年美国的 P.D.Marsh 提出采用倾斜系泊方式的索群固定的海洋平台方案以来，张力腿平台（TLP）经过近 50 年的发展，已经形成了比较成熟的理论体系。1

2、984 年第一座实用化 TLPHutton 平台在北海建成之后，TLP 在生产领域的应用也越来越普遍，逐渐成为了当今世界深海采油领域的两大主力军之一(另一种当前广泛使用的深海采油平台是 Spar,将在后面部分中进行详细介绍) 。进入上个世纪 90 年代之后，TLP 平台的发展进一步加速，在生产区域方面，TLP 的应用已经从北海和墨西哥湾扩展到了西非沿海；在平台种类方面，TLP 已经在原有的传统类型 TLP 基础上，发展出了 Mini-TLP、ETLP 等多种新概念张力腿平台，加之不断地采用最新地科学技术，TLP 平台在降低成本，提高适应性、稳定性和安全性地道路上取得了长足地进步。下面将简要介绍

3、张力腿平台的总体结构，然后对 1990 年之后 TLP 平台的发展状况进行详细的论述。1、张力腿平台总体结构简介张力腿平台（Tension Leg platform,简称 TLP）是一种典型的顺应式平台，通过数条张力腿与海底相连。张力腿平台的张力筋腱中具有很大的预张力，这种预张力是由平台本体的剩余浮力提供的。在这种以预张力形式出现的剩余浮力作用下，张力腿时刻处于受预拉的绷紧状态，从而使得平台本体在平面外的运动（横摇、纵摇、垂荡）近于刚性，而平面内的运动（横荡、纵荡、首摇）则显示出柔性，环境载荷可以通过平面内运动的惯性力而不是结构内力来平衡。张力腿平台在各个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋

4、能量集中频带，一座典型的 TLP，其垂荡运动的固有周期为 24s，而纵横荡运动的固有周期为 100200s，这就避免了调和共振的发生，显示出良好的稳定性。一座典型的 TLP 平台的总体结构，一般都是矩形或三角形，平台上体位于水面以上，3通过 4 根或是 3 根立柱连接下体，立柱为圆柱型结构，主要作用是提供给平台本体必要的结构刚度。平台的浮力由位于水面之下的沉体浮箱提供，浮箱首尾与各立柱相接，形成环状结构。张力腿与立柱呈一一对应，每条张力腿由 14 根张力筋腱组成，上端固定在平台本体上，下端与海底基座模板相连，或是直接连接在桩基顶端。有时候为了增加平台系统的侧向刚度，还会安装斜线系泊索系统，作为

5、垂直张力腿系统的辅助。海底基础将平台固定入位主要有桩基或是吸力式基础两种形式。中央井位于平台上体，可以支持干树系统，生产立管通过中井上与生产设备相接，下与海底油井相接。张力腿平台的总体结构特点，使它在深海作业具有运动性能好，抗恶劣环境作用能力强，造价低等优点，并且便于移位，可以重复利用，通用性好。因此，张力腿平台作为优秀的深海平台，受到世界多国的高度重视，我国也将 TLP 技术列入第二个“863”计划，其发展一直朝气蓬勃。2、典型 TLP 的发展状况由于 TLP 在经济上和技术上的优势，使其获得了很大的发展。从 1990 年至今，世界上相继建成 8 座典型的 TLP，不断地打破水深和吨位的世界

6、记录，并时有创新成果出现。1992 年，挪威的 saga 石油公司在 snorre 油田第一期的开发工作中采用了 TLP 的设计方案，这是北海区域第一座真正意义上的深水平台结构，它引进了一种简单经济的海洋浮式结构的锚固基础裙式重力基础，第一次使用轻质紧密型混凝土（LWA）制造大型吸力锚。Snorre 平台的混凝土基座是一种新型经济的海洋浮体结构的基础形式，比较适合软粘海底地基。Snorre TLP 的产权后来划归 Norsk Hydro 石油公司所有。1995 年，世界上第一座混凝土结构的张力腿平台在北海的 Heidrun 油田建成，平台的业主是挪威的 conoco 石油公司，Heidrun

7、TLP 与其它的 TLP 相比，具有较大的吃水，平台本体和张力腿系统通过结构调整减小了一阶波浪运动，但是，结构高阶的 Ringing 较其他 TLP 显著。从 1994 年到 2001 年，shell 石油公司在墨西哥湾相继制造了五座典型的 TLP，分别是 Auger、Mars、Ram/Powell、Ursa 和 Brutus，1999 年，BP 建成了该公司第一座 TLP，这6 座张力腿平台接连打破了深海采油平台工作水深的世界记录，其中 Ursa 的水深更是突破了千米大关，达到了 1158 米，证明了 TLP 设计在深水海域的实用性，从吨位上来看，Ursa 是世界上目前最大的 TLP，排水量

8、达到了 97500t。4典型 TLP 是目前世界上数量最多的 TLP，占了平台总数的一半以上，并正朝着更大水深，更大吨位的方向发展。表 1 是典型 TLP 的资料。表 1 1990 年后建成的典型 TLP 基本情况名称 形式 地理位置 水深 (m) 就位时间 操作方Hutton CTLP North Sea 148 1984 ORYXJolliet CTLP GoM 536 1989 ConocoPhillipsSnorre CTLP Norway 300 1992 Saga Petro.Auger CTLP GoM 872 1994 ShellHeidrun CTLP Norw. Sea 3

9、50 1995 StatoilMars CTLP GoM 896 1996 ShellRam/Powell CTLP GoM 1143 1997 ShellMorpeth STLP GoM 518 1998 AgipURSA CTLP GoM 1219 1999 ShellMarlin CTLP GoM 988 1999 BPAllegheny STLP GoM 1006 1999 AgipTyphoon STLP GoM 640 2001 ChevronTexacoBrutus CTLP GoM 910 2001 ShellPrince MOSES GoM 455 2001 El PasoW

10、est Seno A CTLP Indonesia 1021 2002 UNOCALMatterhorn STLP GoM 860 2003 TotalFinaElfMarco Polo MOSES GoM 1311 2004 AnadarkoKizomba A ETLP West Africa 1177 2003 ExxonMobilMagnolia ETLP GoM 1433 2004 ConocoPhillipsKizomba B ETLP West Africa 1100 2004 ExxonMobilWest Seno B CTLP Indonesia 914 2005 UNOCAL

11、Okume MOSES Equit. Guinea 500 2006 Amerada HessOveng MOSES Equit. Guinea 280 2006 Amerada HessNeptune TLP GoM 1510 2007 BHPB目前张力腿平台有以下几种结构型式：传统式(Conventional TLP)，海之星(Seastar TLP)，MOSES (MOSES TLP)，伸张式(ETLP)，其中后三种型式相对于传统式可统称为新型TLP。新型 TLP 的出现，使得 TLP 在安装技术及成本等方面有所改善，从而提高了 TLP在各种浮式钻采平台的竞争力。3、MiniTLP 的发

12、展状况MiniTLP 不是一种简单缩小化的传统类型 TLP，它通过对平台上体、立柱以及张力5腿系统进行结构上的改进，从而达到优化各项参数、以更小吨位获得更大载荷的目标，以MODEC 公司生产的 Prince Mini-TLP 为例，该平台的排水量为 13200t，上体重量 5500t，而一座具有相近上体重量的传统类型 TLP，如 Jolliet TLP，其排水量却有 16700t。Mini-TLP 体积小、造价低、灵活性好、受环境载荷的影响也较传统 TLP 要小，非常适合于开发中小油田。自 1998 年 7 月世界上第一座 Mini-TLPBritish Borneo 公司的 Morpeth

13、TLP 安装下水以来，Mini-TLP 在生产领域的应用发展迅速，截至 2003 年初，全世界已有在役的Mini-TLP 五座，另有一座在建，发展前景良好。目前，世界上出现的 Mini-TLP 主要由两大系列，一是由 Atlantia 公司设计的 SeaStar TLP 系列，一是由 MODEC 公司设计的MOSES TLP 系列，下文就将分别对这两种类型的 Mini-TLP 进行详细论述。(1) SeaStar Mini-TLPSeaStar TLP 是最早按照 Mini-TLP 概念设计的张力腿平台（图 1） ，该 TLP 由 Atlantia公司设计，经过多年的生产实践，SeaStar

14、TLP 被公认为一种安全、可靠、稳定、经济的张力腿平台形式，并已形成了一个完整的系列，其技术已经趋于成熟。SeaStar TLP 打破了传统类型 TLP 的三柱或四柱式结构，其主体采用了一种非常独特的单柱式设计，这一圆柱体结构称为中央柱，中央柱穿过水平面，上端支撑平台甲板，在接近下端的部位，通过内部的水平和斜拉牵条连接固定了三根矩形截面的浮筒，各浮筒向外延伸成悬臂梁结构，彼此在水面上的夹角为 120 度，形成辐射状，且浮筒的末端截面逐渐缩小。这三根浮筒向平台本体提供浮力，并且在外端与张力腿系统连接。中央柱中开有中央井，立管系统通过中央井与上体管道相连。6图 3 SeaStar 总体图从 199

15、8 年至 2001 年，世界在役和在建的 SeaStar TLP 共 4 座，全部位于墨西哥湾，这些平台都采用海底桩基连接，上体都为双层甲板结构，其中 Typhoon 和 Matterhorn 是干树平台。规模最大的一座是在建的 TotalFinaElf 公司的 Matterhorn TLP,这座 TLP 的体积和吨位都是其他三座 TLP 的近两倍，排水量达到 23950t，设计吃水 32m，干舷高度 21m，中央柱主体有效半径（从浮筒顶端至中央柱中心的距离）54.6m，中央井直径 11m，浮筒在中央柱处高度为 12.8m，在外端的高度则减少为 8.2m。平台上体为双层甲板结构，甲板高度18.

16、9m，装有一座 1000 马力的钻塔。张力筋腱共 6 根，每两根为一组与悬臂式浮筒外端相连，张力筋腱直径 0.81m，下端连接海底桩基，桩基共 6 根，每根直径 2.44m、长 126.5，总重 2100t。这四座 TLP 的资料见表 2 所列。张 力 腿直 径 高 度 数 量Morpeth British Borneo 518 1998 Ewing Bank block 921 4000 17.7 34.1 6Allegheny British Borneo 1006 1999 Green Canyon Block 254 4000 17.7 34.1 6Typhoon Chevron 64

17、0 2001 Green Canyon Block 237 5000 17.7 34.1 6Matterhorn TotalFinaElf 860 2004 Mississippi Canyon Block 243 11000 25.6 38.1 6表 2 SeaStar系 列 TLP资 料 列 表 （ 重 量 单 位 ： t 尺 度 单 位 ： m）名 称 公 司 水 深 建 成 年 份 位 置 有 效 载 荷 中 央 柱(2) MOSES Mini-TLPMOSES TLP 是 “最小化深海水面设备结构” （Minimum Offshore Surface Equipment Struct

18、ure）的简称，这种 Mini-TLP 是由 MODEC 公司开发的，设计排水量 300050000t，工作水深范围 3001800m。MOSES TLP（图 4）继承了传统张力腿平台的各项主要优点（例如小垂荡运动等） ，同时又通过对传统 TLP 的结构进行全方位的改进，创新性地利用各项现有技术，从而以更低的造价提供与传统 TLP 同样的功能，其主要改进点在于 以下各方面：7图 4 MOSES TLP 总体图在平台主体方面。MOSES TLP 平台浮力主要由一个位于平台基座中的浮舱来提供，平台基座位于水面以下深处，形状比较特殊，基座中央为一正方体，每条棱沿对角线向外延伸形成悬臂梁结构，悬臂梁纵

19、截面为三角形，张力腿系统就连接在这四条悬臂梁的顶端，这种特殊的平台基座的设计，能使张力腿系统所受到的动力载荷最小化。立柱与基座连为一体，分别坐落在基座顶面的四个边角上。与单柱主体 SeaStar TLP 不同，MOSES TLP 的主体设计仍然沿袭了传统 TLP 的四角柱结构，据该类平台的设计者 Dr Picter Wybro 介绍，立柱之间保持一定距离能够提供给平台上体更大支撑力，改善甲板的受力情况，从而减少上体的建造费用。而与传统类型的 TLP 比较，MOSES TLP 的立柱又要细得多，因此在近水线面处受力面积很小，减少了平台所受到的波浪载荷。为了降低建造成本，MOSES TLP 主体采

20、用了平面直角结构的设计，所有的模块，包括立柱都是多面体结构，这使平台主体的制造完全可以使用船厂的标准流水生产线制造，省去了很多建造工艺上的麻烦。在张力腿系统方面。由于平台主体的特殊设计，降低了平台在“疲劳区域”中的运动响应，从而可以减少 MOSES TLP 的张力腿系统中的预张力，大大简化了张力腿系统的设计。平台的张力腿系统全部采用标准化部件制造，降低了制造成本。在井口系统方面。MOSES TLP 取消了传统的中央井结构。其立管系统是沿着平台侧连接到安装在平台一端远离中心处的井口装置上，这一改动带来了很大的有利因素：其一，使井口装置尽可能地远离生活区，提高了安全系数；其二，MOSES TLP

21、的偏心式井口装置设计，不但减小了事故发生的可能性，并且在发生故障后，由于立管/井口系统都位于平台外侧，检修也很方便。在立管系统方面。MOSES TLP 首次采用了一种被动式弹簧立管张紧系统，取代了传统的液压气动张紧系统。这一系统由一系列弹簧组构成，其结构刚度远比一般的立管张紧系统要大，在这种张紧系统的支撑下，立管的活动只有两英尺左右，大大小于传统造价更低，结构更简单，几乎不需要维护，而且受环境载荷影响也较小。另外，由于弹簧组始终保持张紧状态，因此该系统还具有自动故障防护功能，即使是在发生全面故障的情况8下，也不会损失立管，而传统的张紧系统则没有这种功能。 在平台上体方面，MOSES TLP 的

22、上体采用了降低成本的导管架平台甲板设计，重量相对较轻。平台上体和主体结构以及立管张力之间不会相互影响。另外，MOSES TLP 结构简单，安装方式灵活，可适用多种深海作业设备进行安装作业，如 SSDV，多功能船、井架驳船等，主体可以直接拖航到安装地点，而不需要特种驳船运输，从而降低了平台安装费用。世界上第一座 MOSES TLP 是 EIPaso 公司的 Prince TLP，该平台于 2001 年在墨西哥湾的 Ewing Bank Blocks 1003 安装下水，水深 440m。Prince TLP 还是世界上第一座支持干树系统的 Mini-TLP，设计日产 50000 桶原油、227 万

23、 m3 天然气。Prince TLP 主体排水量为 13200t，设计吃水 34.7m。立柱为矩形截面，共四根，每根的截面尺度为长 7m、宽 5.5m。基座直径 22.9m，悬臂梁顶端与张力腿系统相接，共有 4 条张力腿，每根张力腿由 2 条张力筋腱组成。张力筋腱由若干根标准铣加工钢管首尾连接而成，每段钢管的标准长度为 89.3m，直径 0.61m，壁厚 0.021m，连接起来的张力筋腱总长度超过425m，下端通过筋腱插座与 8 根直径 1.6m 的海底桩基相连。平台上体为三层甲板结构，甲板总面积达到了 4645m2，顶层甲板可以安装一台 1200HP 的钻塔。Prince TLP 的主体钢结

24、构重量只有 3000t，提供的有效载荷却达到了 5500t，其中甲板重 1510t，上体重量 3000t，另有555t 平台压载。张力腿中的预张力也较传统 TLP 为小，只有 3447t。1999 年，Prince TLP 在德克萨斯州德 OTRC 测试中心成功地进行了模型试验，实验模拟了该 TLP 在 457m 和 1829m 两个水深中的响应。实验结果十分理想，是 OTRC 所有平台测试中最佳的。数据显示，该种平台在风暴状态下，甲板加速度也只有 20g，波浪扰动小，高阶的“Ringing ”和“Springing”运动几近于无。EI Paso 公司在开发 Prince 油田的项目时曾采用了

25、公开竞标的方式征集平台设计方案，当时参加竞标的除了 MODEC 公司的 MOSES TLP 之外，还有 Altantia 公司的 Super SeaStar Mini-TLP、Kvaerner 公司的 Deep Draft Floater、以及 Spars International 公司 Truss Spar 等三个平台方案，结果，MOSES TLP 在竞争中脱颖而出，成为了 EI Paso 公司的最终选择，从这一点上也可以看出 MOSES TLP 在中小油田开发中是具有一定竞争力的。目前，世界上还有一座 MOSES TLP 正在建造中，这便是 Anadarko 公司的 Marco Polo

26、 TLP，这座 TLP 的规模更大，其体积是 Prince TLP 的两倍还有余，上体重量（包括甲板钢结构）达到了 14300t。从尺度和吨位上来看， Marco Polo 已经和传统大型 TLP 不相上下，但是由于该平台仍然采用了 MODEC 公司的 MOSES 树采油系统，设计日产量为 100000 桶原油、9700 万 m3 天然气。Marco Polo TLP 在 2003 年末安装在墨西哥湾的 Green Canyon Block 608，水深1310m，打破由 Ursa TLP 保持的 1133m 的 TLP 工作水深世界记录。正式产油在 2004 年第一季度实现。4、 ETLP

27、的发展状况ETLP 是 Extended Tension Leg Platform 的简称，中文意义为延伸式张力腿平台，这种新型的 TLP 设计概念是由 ABB 公司提出的。相对于传统类型的 TLP，ETLP 主要是在平台主体结构上做了改进，其主体由立柱和浮箱两大部分组成，按照立柱数目的不同可以分为三柱式 ETLP 和四柱式 ETLP，立柱有方柱和圆柱两种形式，上端穿出水面支撑着平台上体，下端与浮箱结构相连，浮箱截面的形状为矩形，首尾相接形成环状基座结构，在环形基座的每一个边角上，都有一部分浮箱向外延伸形成悬臂梁，悬臂梁的顶端与张力腿相连接。这种延伸悬臂梁结构是 ETLP 区别于传统类型 TL

28、P 最显著的特点，其得名也是由此。ETLP 的延伸悬臂梁设计有很大的益处。张力腿平台系泊点的分布范围是影响平台水动力性能的重要因素，在传统类型的 TLP 上，张力腿直接连接在立柱的边沿，系泊点分布要受立柱间距的限制，而 ETLP 的张力腿上端则连接在延伸悬臂梁的外端，相应地增大了张力腿系泊点的分布范围，给予了设计者在选择立柱间距方面更大的灵活性，一座与传统类型 TLP 具有相同的系泊点分布范围的 ETLP，其立柱可以安装到更靠近平台中心处，而立柱间距又直接决定了平台甲板的尺度，所以 ETLP 可以选择比传统 TLP 更小更轻的甲板，从而降低了平台的造价。另外，因为 TLP 平台在码头停泊和拖航

29、这两种状态下，主体处于最不稳定的状态，所以传统类型 TLP 在选择其主体尺度时，是把平台这两种最不稳定的状态作为设计依据的，而 ETLP 则省略了对这两种临时状态的考虑，其主体尺度的选择，是按照平台在工作状态下的稳定性来考虑的，相应地缩小了主体尺度、简化了主体结构。然而，在平台的系泊系统没有安装完毕之前，ETLP 实际是处于不稳定状态中的，为了弥补稳性，ETLP 采用了一种叫做 “临时稳性模块” （TSM ）的装置，当平台处于在上述的两种不稳定状态下时，便把 TSM 临时安装在各条延伸悬臂梁上，以保证平台的基本稳性，平台安装完毕后，再将此模块拆卸下来，恢复平台的正常结构。ETLP 在主体设计上

30、的这些改进使得这种平台的耗钢量大大减少，在提供相同有效载荷的情况下，一座 ETLP 的钢结构重量要比一座传统 TLP 少近 40。按照业界通用的一项反映 TLP 平台承载效率的参数 有效荷载/ 平台结构重量来计算， ETLP 此项参数的数10值在西非沿海能够达到 1.11.2，在墨西哥湾能够达到 0.80.9，而一座传统 TLP 却一般只能达到 0.65，相比之下，ETLP 具有明显的优势。图 5 ETLP目前世界有三座 ETLP 在建，其中最早落成的一座是 ExxonMobil 公司的 Kizomba A ETLP（图 4） ，该平台位于西非安哥拉沿海的 Block 15，水深 1250m，

31、于 2003 年 9 月安装下水，在 2004 年开始正式生产，日产原油 250000bbl。Kizomba A 的主体尺度为120m120m42m（长宽 高） ，重 13000t，上体尺度为 80m80m37m，重 12000t，平台总重超过 58000t。该平台为四柱式 ETLP，方形立柱，主体通过 8 条张力筋腱与海底基础相连。Kiaomba A ETLP 建成投产一年之后，Exxon Mobil 公司还将在 Block 15 建成一座 ETLP，名为 Kizomba B，该 TLP 的结构和尺度几乎和 Kizomba A 完全一样，主体由韩国现代重工负责制造，预计将于 2005 年 6

32、 月安装下水。2003 年末，Conoco Phillips 公司的 Magnolia ETLP 在墨西哥湾的 Garden Banks Block 783 安装下水。该 ETLP 将打破 Marco Polo TLP 刚刚创下的 TLP 平台工作水深的世界记录，其工作水深将达到 1433m。平台的立柱为圆柱形，上体支持 6 套干树系统，设计日产原油50000bbl，天然气 425 万 m3。5、 TLP 的一种新发展最近国外海洋工程界提出了浮式生产钻井系统（FPDSO ）的新概念，即在浮式生产系统的基础上加上钻井的功能：浮式生产系统（FOSO）张力腿钻井甲板（TLP） 。该装置采用类似张力腿

33、平台的技术用拉索将钻井甲板系于海底，甲板载荷则通过舷11外的重块系统平衡，重块位于水下 100m，以避免波浪作用和减少摆动。该装置的优点是钻井甲板几乎没有升沉、纵摇和横摇运动对钻井甲板没有影响；没有吃水变化的限制；采油树和防喷器可方便地放在钻井甲板上。这种装置分别于 1998 年 6 月和 2000 年 10 月在挪威的 Marintek 水池和荷兰的 Marin水池进行了模型试验，并于 2001 年 8 月对巴西 1200m 水深的海域进行了可行性研究。二、单柱式（spar）生产平台的发展历程随着近海油气工业朝着深水和超深水未勘探地区寻找新油气发现和生产的发展，SPAR 平台已成为最富吸引力

34、的发展概念之一。图 6、SPAR 平台的发展1、单柱式（spar）生产平台的发展历程1987 年，Edward E.Horton 在柱形浮标（spar ）和张力腿平台概念的基础上提出一种用于深水的生产平台，即单柱平台（Spar Platform） 。Spar 平台在总体上是一个庞大的直立圆柱体，依靠浮力支撑水面上的设备，其稳定性源于重心低于浮心，并通过系于船壳的位12于低频动力载荷纵摇中心附近的侧向悬链线锚索固定。1996 年，Oryx 能源公司委托J.Ray.McDermott 公司在墨西哥的 Neptune 油田成功建造安装了世界上第一座单柱生产平台，当地水深为 588M。近几年来，che

35、vron 公司和 Exxon 公司又在该地区的 Genesis 和 Diana油田分别安装投产了两座单柱平台，当地水深分别为 789m 和 1311m。最近 BP 公司又委托 MCDERMOTT.ALKER 等公司共同设计建造五座桁架式单柱平台（Truss spar） ，用于水深 12201830m 的墨西哥湾海域。这种平台主体的一部分由以前的圆柱型变为桁架结构，在架下部加以压载，当平台的储油能力要求不高时，这种结构更轻，运动性能和稳定性更好，更为经济有效。单柱式平台的优点是造价低，便于安装，可以重复使用，因而对边际油田比较适用。另外，它的柱体内部可以储油，它的大吃水形成对立管的良好保护，同时

36、其运动响应对水深变化不敏感，更适宜于在深水海域应用，由于不需要另外的浮式储油系统，将生产和储油合在一个平台，这种平台特别适合于孤立的，不适合于铺设海底管线的油田。13图 7 Oryx 生产和修井 Spar 的外轮廓图 图 8 Oryx 生产和修井 Spar 的内轮廓图2、Oryx 单柱平台Oryx 平台是 Oryx 能源公司委托 J Ray Mcdermott 公司于 1996 年建造安装的世界上第一座单柱式生产平台，图 5 所示为 Oryx 平台船体的外侧轮廓图，图 6 所示为其内侧轮廓图。表 10 所示为特征参数。Oryx 平台用来从位于中央井座的多达 16 口井开采石油和天然气，油气经由

37、穿越平台外部的锚链管的柔性管线外输。14表 3 Oryx 单柱平台的详细数据井槽、立管、套管16 井槽，立管 9-5/8，54 lb/ft，L80 套管设备和工作载荷3355 吨产油能力 25，000 bfpd 甲板结构钢 1243 吨产气能力 30，000 mcfd 船体结构重量 11791 吨管线泵 25，000 bopd 船体舾装设备和海洋系统1115 吨设 备气体压缩机 30，000 mcfd船舶能力可变压载能力 9514 吨船体外径 72 ft 锚泊：6 腿张力系统吃水 650ft底层甲板干舷 55 ft链索(ORQ+20%)直径 4-3/4” BS 2846 kips，长度 105

38、0ft中央井 3232ft甲板尺度：采油101136ft钢丝绳（螺旋股）直径 4-3/4” ，BS 2750kips，长度 2400 ft甲板尺度：底层101136f t主尺度甲板尺度：钻井81125ft定位系统链索(ORQ+20%)直径 4-3/4” BS 2846 kips，长度 240 ft平台船体的上部水密舱提供浮力，支承设备、船体、压舱物、舾装设备和垂直锚索载荷的重量。在这些坚固的液体舱下，中部部分是没有充水的。在船体的底部是一个软质液体舱，它在从船厂到安装地点水平拖动时提供浮力。单柱式平台本身是倒立的，一旦到达安装位置，中间部分和软质液体舱被注水，当软质液体舱的顶部被浸没时，软质液

39、体舱中的一个大开口允许整个软质液体舱迅速注水，使平台在不足两分钟内颠倒过来。锚泊系统是一个绷紧的悬链系统，它在每个井口装置上为单柱平台提供定位，进行立管回接作业。图 7 所示为采油立管系统的图解。立管本身是由 9“的套管组成的，套管靠位于中央井的浮力桶罐绷紧。这些桶罐提供不变的张紧力，并且有效地隔离了垂荡运动对立管的影响。中心井和单柱平台船体还保护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产生，这些力在中心井和龙骨处在立管导轨上被转移。立管脱15离平台船体的位置龙骨的运动很小，对立管产生的动力效应也很小，这种优良的载荷条件允许立管使用比较便宜的套管接头。图 9 生产立管系统

40、在高局部弯曲载荷存在的龙骨处，有个独特要求，需用一个特殊的龙骨接头适应这些载荷。这个接头还要求耐磨，因为平台船体相对于立管作垂荡运动。Oryx 锚泊和立管系统的设计，允许平台在水平远离海底井口装置多达 250ft 泊定时，生产正常进行。这就允许在半潜式钻机泊定在井位上方进行钻井或修井时同时进行采油。这种大偏置，13的水深或龙骨到泥线之间约 20的距离，要求在海底井口处使用特殊的钛应力接头。在正常条件下，借助于绷紧的锚索，警戒圈可以维持在不足 5的水深范围。163、钻井和采油单柱平台Oryx 平台没有充足的钻井能力，一种具有充足钻井能力的 20 口井的设计示于图 8和图 9 中（Brooks 和

41、 carroll,1994） 。在图示的设计中，钻井立管使用水下 BOP 和传统的张力器。钻井还可使用表面 BOP 和高压立管，这有助于自身利用内部浮力桶使得立管绷紧。图 10 20 口井钻井和生产 Spar 的外轮廓图这种单柱平台的特征参数列于表 11 中，它的外径为 133ft，中心井为 50ft60ft。中心井包括 20 个 1010 的槽沟，用于生产立管和浮力桶罐支撑它们的重量，另加一个2050ft 的槽沟用于钻井立管和 BOP 组。海底井口以 20ft 的间隔安放在直径为 128ft 的圆17上。利用平台上的锚泊绞车，在每口井上方泊定单柱平台，实现钻井，钻机可以滑过各个井槽进行完井和

42、修井作业。当这些作业进行时，钻井立管可以停放在海底上。图 11 20 口井钻井和生产 Spar 的内轮廓图表 11 钻井和生产单柱平台的详细数据滑橇式钻机 1 最优甲板载荷 11700 t钻井立管 21 1 船体结构重量 23790 t海底 BOP 组 10，000psi船舶能力 船体舾装设备和海洋系统5080 t1820 个生产立管 9-5/8，7csg, 3-1/2 tbg可变压载能力 30740 t产油能力 60，000 bpd 模块支撑框架 2330 t产气能力 100,000 mscfd 锚泊： 16 腿 5绳式股芯+链索设 备注水能力 60，000 bpd 钢丝绳(绳式股芯)直径

43、5”,长度 5550 ft水深 3000ft 链索(NV K4)直径 4” ,长度 400 ft船体外径 133ft定位系统锚，Vryhof Stevmanta 或相当的桩柱吃水 650ft 纵摆/横摆 330 秒底层甲板干舷 60ft 升沉 28 秒中央井 6050 ft 纵摇/横摇 80 秒主尺度甲板尺度 200270 ft固有周期（零平均偏置） 平摇 58 秒这种单柱平台在龙骨处需要固定压舱物以维持充分的 GM。 Oryx 干舷重量很小，不需要固定压舱物。单柱平台巨大的中部有助于自身进行储油，它可以提供多达约 500000bbl 的储量而不影响壳体的尺度。在这种情况下，坚固的液体舱的下层

44、甲板会越过中心井，锚链管会定位于这层甲板和龙骨之间，以充当立管的导管。依据水浮于油上的原理，石油将充满中部。4、单柱 TRUSS 平台基于大规模模型试验和数值模拟，已经证明深吃水柱形单柱平台是一种深水生产、钻井和储存的高效平台。它特别适宜于储存，因为在其坚固的液体舱下封围着一块巨大的空体积。在不需要储存时，一种更高效的设计可以用桁架元件代替这个中部，如图 10 所示。桁架部分组成隔舱，隔舱由甲板隔开，甲板有效的限制了升降方向隔舱内的水，甲板还可以延伸到排水船体周边以外，这将导致升降粘性阻尼的极大增加。因而，尽管排水船体吃水较浅，升降响应比深吃水“经典”单柱平台同样好或胜过后者，即使在较低的总吃

45、水下也是如此。这已为模型试验所证实。因而，桁架式单柱平台对于浮式生产，即使在使用深吃水单柱形主柱平台不实际的较浅水域，也是一种潜在的选择方式。19图 12 Truss Spar5、全世界 Spar 和 DDCV 最新概况截止到 2004 年 11 月，全世界共有 Spar 和 DDCV 14 艘，其中，第一代 Classic Spar20有 2 艘，第二代 Truss Spar 有 10 艘，第三代 Cell Spar 有 1 艘，深吃水卡森船（DDCV）1艘。这 14 艘钻采平台全部位于墨西哥湾，工作水深最深为 5610ft(1710m)；最大直径为149.3ft(45.5m)；最大长度为

46、746ft(227.3m)；最大吃水为 650ft(198.1m)；最大中央井尺度为7575ft；最大处理原油能力为每天 100MBO；最大处理天然气能力为每天 325MMSCF；最大处理水能力为每天 60MBW；最大注水能力为每天 90MB；最大注气为每天35MMSCF。其详细资料请参见表 12。21表 4 2004 年全球单柱式和深吃水卡森平台(SPARS 墨西哥 1999 50008000 25000 130 35825628 6000t 27410 10185 23100 537727IHI/韩国现代重工 湾 (15242438) (7620) (1619) (3673) (855)1

47、4 RBS8D Reading IHI/韩国现代重工- 2000 - - - 39625628 8820t 27410 10185(1619)23100(3673)5377(855)15 SEDCO EXPRESS(赛德柯快捷号)Sedco Express/法国 DCN西非 1999 60008500(18302590)35000(10700)130 250256 6600t 22000(3498)4500+7000(715+1113)(立柱内)10000(1590)3670(583)16 SEDCO ENERGY(赛德柯能源号)Sedco Express/法国 DCN墨西哥湾1999 600

48、08500(18302590)35000(10700)130 250226 6600t 22000(3498)4500+7000(立柱内)10000(1590)3670(583)17 CAJUN EXPRESS(卡江快捷号)Sedco Express/新加坡 promet墨西哥湾2000 8500(2590)35000(10700)130 250226 6600t 22000(3498)4500+7000(立柱内)10000(1590)3670(583)18 STENA DON CS30/KvaernerWarnowHostock北海 2001 1650(503)30000(9144)102

49、253220 3700t 710t580 m32439(388)5600(890)3192(507)19 WEST FUTURE号Smedvig ME 50000/Hitachi Zosen北海 1999 8000(2438)33000(10060)114 268228.5 5500t 840 m3 1370 m3 1600 m3 -表 5 1996 年及以后新建造的深水半潜式钻井平台 续上表钻井设备序号 绞车hp钻井泵hp转盘in顶驱 防喷器系统inlbf/in2锚泊 主动力hp1 Nat/1625 DE 3 台 14-P-220, 2200 60 液压驱动Varco TDS-4H 18.7515000 动力定位,8 台 3000hp推进器6 台 EMD20 290002 3000 32200 60.5 - - 牵引锚机 100003 大陆 EMSCOC-30003FC 220032200,7500 PSIVarco RST 60.5HPS-750 2EAC 驱动CIW18.7515K8 点锚泊 6 台 102004 大陆 EMSCOC-30003FC 220032200,7500 P