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1、第二章2.7 海洋工程,海洋平台,一、概 述海洋平台是在海洋上进行钻井与采油作业的海洋工程结构。船舶工程与海洋工程的差别：海洋工程是以一定时期固定于某一水域进行专业活动如钻探、采油为对象的工程技术问题。船舶工程是以船舶的航运活动为主要对象的工程技术问题。海洋石油钻探与生产所需平台主要有钻井平台和生产平台。在钻井平台上设置钻井设备，在生产平台上设置采油设备。平台与海底井口有立管相通。平台形式有三边形、四边形或多边形。平台上设有上下两层甲板或单层甲板，以供安装和储存钻井或采油设备用。,平台发展 以材料论，从木质平台钢质平台 以类型论，从固定式平台移动式平台 固定式平台：对恶劣环境适应性强；不利于拆
2、除搬迁，水深增加后不经济 移动式平台：适合深水，利于拆除搬迁；部分平台对恶劣环境适应性弱,1、按运动方式，可分为固定式与移动式两大类,海洋平台,固定式,移动式,桩基式（钢质桩基导管架平台）,重力式,浮式,接地式,顺应式,船式*半潜式*,坐底式*自升式*d,独立腿式沉垫式,牵索塔式张力腿式,二、海洋平台的分类,*：主要类型平台d：通常为钻井平台,2、按功能，海洋平台的分类有钻井平台、生产平台、生活平台、储油平台等。,Tension Legs(steel tubularlengths screwedtogether),Snorre TLP,钻井平台,海洋钻井的目的是为了了解海底地质构造及矿物储藏情
3、况，这项工作通常是由钻井平台来完成的。,三、各种不同平台的特点,海上钻井的设备相当复杂，包括井架(又称钻塔)、提升设备、转动系统、泥浆循环系统、动力系统、井口系统、封井系统、水下钻井设备的控制操作系统、运动补偿系统等。因为海上钻井要受到风、浪、流的影响，所以比陆上钻井要复杂得多。,生产平台,生产平台是专门从事海上油、气等生产性的开采、处理、贮藏、监控、测量等作业的平台。形式：有的是单个平台，也可由几个不同用途的平台相连，组成石油生产基地。分类：,1.按建筑材料可分为：钢筋混凝土平台和钢质平台；2.按结构型式可分为：固定式平台和移动式平台。固定式平台又可分为桩基式与重力式两种；移动式平台又可分为
4、自升式与张力腿式、牵索塔式等。,1、坐底式钻井平台,坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台。组成：平台分本体与下体，由若干立柱连接平台本体与下体，平台上设置钻井设备、工作场所、储藏与生活舱室等。特点：钻井前在下体中灌入压载水使之沉底，下体在坐底时支承平台的全部重量，而此时平台本体仍需高出水面，不受波浪冲击。在移动时，将下体排水上浮，提供平台所需的全部浮力。工作水深：60m以内。不足：工作水深不能调节，愈深则所需的立柱愈长，结构愈重愈不经济，而且立柱在拖航时升起太高，容易产生事故。对海底地形和土壤基础有一定要求，适应性不强。已日渐趋于淘汰。,我国“胜利二号”步行坐底式钻井平台,2
5、、自升式钻井平台,组成：一个上层平台和数个能够升降的桩腿工作过程：移航时桩腿升起，至井位后，船体升高作业，桩腿下降插入海底。适用水深与海底条件：60m-100m，硬土区、珊瑚区、不平整海底优点：适用于不同海底土壤条件和相对较大的水深范围，移位灵活方便，便于建造，因而得到了广泛的应用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。不足：水深愈大，桩腿愈长，结构强度和稳性愈差。桩腿加长时，下水受波浪力大；拖航时稳性差，受风力大。桩腿入泥太深，泥底滑动会造成平台倾斜。要求：自升式钻井平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。,井架在平台
6、尾部悬臂型,独立腿式：平台、桩腿、桩靴桩靴，承载压力约移位前必须知道新井位的容许压力，以便加大支撑面积，减小插入深度。适用海底条件：硬土区、珊瑚区、不平整海底,沉垫式：平台、桩腿、沉垫沉垫将各桩腿连在一起，增大支撑面积，减小支撑压力，减小插入深度。拖航时沉垫提供浮性和稳性。沉垫四周的裙板防止周围泥土掏空。适用海底条件：由于沉垫承压低（0.240.3Pa），适用平整海底,平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性。下体间的连接支撑一般都设在下体上方，这样，当平台移位时，可使连接支撑位于水线之上，以减小阻力；平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲
7、击；下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。,3、半潜式钻井平台,组成：由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。特点：是大部分浮体沉没于水中的小水线面的移动式钻井平台，从坐底式钻井平台演变而来，有立柱稳定式平台,适用水深：500米-几千米优缺点：稳性比较好。造价高,HOOVER DIANAGULF OF MEXICOSemisubmersible Platform,Marine 700 semisubmersible drilling rig,RIG:Marine
8、 700 semisubmersible drilling rig.It is capable of operating in water depths ranging from 70m to 1520m.It is designed for a maximum wave height of 32m and a wave period of 11 to 15sec.The semisubmersible has an overall length of 119m and an overall width of 71.4m.,锚泊系泊系统：8-12只锚链连接平台与海底，适用于200-300m水深
9、动力定位系统：利用声纳系统和自动控制对船舶定位；适用1000m锚泊与动力的组合定位系统：风浪小时用锚泊，风浪大时用动力定位系统。适用600m以内,3、半潜式钻井平台,定位系统：,转移方式：自航和非自航式。距离远时，即使自航时也需拖船。移动时为了减小受风面，平放钻井架井架布置：设在中部（常用方式，纵摇影响小）或端部,4、钻井船,钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型，且多数具有自航能力。优缺点：钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性
10、能却比较差。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大，有时要被迫停钻，需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。工作：钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部，以减小船体摇荡对钻井工作的影响。适用范围：适于深水作业，但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区。它可以在600m水深的海底上进行探查，掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量，提供生产能力等,思考题,船舶工程与海洋工程的差别？自升式钻井平台有哪些不足之处？为什么半潜式钻井平台通常稳定性会比较好？,1、重力式采油平台一般为钢筋混凝土结构，由底部的大贮油罐、单根或多根立柱、平台甲板等部分组成。采油、贮存和处理
11、用的大型多用途平台，规模较大的可开采几十口井，贮油十几万吨，平台的总重量可高达数十万吨。施工：,在海岸围堤排水形成的工地上建造平台，建好后拆堤放水起浮平台，拖运到井位压载下沉就位把底座在陆上造到一定程度后下水，每造好一段下沉一段，为起重工作带来方便。,优点：较大的顶部装载被拖至作业井口，海上装配量减少；贮油能力增强；与海底连接程度好，抵抗外载能力提高；钢筋混凝土节约钢材和提高防腐能力，不需打桩；排去压载可浮移。缺点：随着水域增加造价增加。,(a)perspective view;(b)side view;(c)section AATypical concrete gravity structu
12、re,a 沉箱b 立柱d 油罐f 钻井井架,Concrete tripod structure,a surface platformb concrete tripod structurec gravity bases d drilling and production risers,2、导管架式平台导管架式平台由若干根导管组合成导管架，并用钢桩固定于海底。施工：导管架先在陆地预制好后，拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，钢桩穿过导管打入海底，桩是打一节接一节的，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成一体固定于海底。这种施工方式，使海上工作量减少。优点：平台设于导管架的顶部，
13、高于作业区的波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出4-5m，这样可避免波浪的冲击。桩基式平台的整体结构刚性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。不足：其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以在深水中的经济性较差。适用水深：300m,导管架正在下海,自动安装扶正过程,下水浮正,3、牵索塔式平台组成：甲板、塔体、牵索系统 牵索塔式平台是一瘦长的桁架结构，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撑，其上端支承作业甲板。桁架的四周用钢索、重块、锚、锚链所组成的锚泊系统加以牵紧，使它能保持直立状态。特点：由于这种平台是由锚泊系统牵紧的，它在小风浪时仅发生微幅摆动；风浪大时，由于桁架结
14、构摆动幅度大，会把重块拉得离开海底，从而要吸收掉风浪的一部分能量，因此平台仍可维持在许可范围内（允许塔的倾斜度在2以内）摆动。水平力主要由系缆系统承受。优点：这种平台结构简单，构件尺寸小，故所受到的风、浪、流的作用力也小。不足：若水深超过600米，则由于要提高桁架的抗弯能力，建造时所耗用的材料会大大增加，经济上不一定合算。适用水深：300600m,Guyed tower production platform,a 塔体b 桩腿筒c 钢索d 重块e 锚,4、张力腿式平台 张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的
15、力可依靠锚索向下的拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。张力腿式平台与半潜式平台的联系与区别：联系：均有平台、立柱，均采用锚泊定位 区别：锚泊定位系统的锚链为悬垂曲线，下端必须与水底相切，以保证锚柄不会从水底抬起，这样就可保证锚的抓力。张力腿式平台所用锚索是绷紧成直线的，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的锚是桩锚（即打入水底的桩作为锚用），或重力式锚（重块）等，不是一般容易起放的转爪锚。不足：投资高 适用水深：460m几千米,Tension Legs(steel tubularlengths screwedtogether),Sno
16、rre TLP,锚索是绷紧成直线桩锚或重力式锚,小型张力腿MiniTLP MINI TENSION LEG PLATFORM,MORPETHGULF OF MEXICO,USA,圆柱直径6.1-9.14m,水深1310m，1432m,MORPETHGULF OF MEXICO,USA,MATTERHORN,GULF OF MEXICO,USA,5、单立柱SPAR,由转盘、浮筒、悬链式锚链组成；浮筒具有贮油能力与生产设备；浮筒下一段备有贮油容器；浮筒上面一段设有转盘，居住舱及工作设备,HOOVER DIANAGULF OF MEXICO,NEPTUNEGULF OF MEXICO,USA,Top
17、sides installation,Hull installation,The hull whilst in transit,HULL The spar hull of the Neptune was fabricated in 17 sections.It is essentially a 22m-diameter cylinder,which is 215m long.,GENESISGULF OF MEXICO,USA,NANSEN BOOMVANG GAS FIELD,GULF OF MEXICO,USA,Truss Spar，water depth 2000ft,HORN MOUN
18、TAIN,GULF OF MEXICO,USAThe truss spar platform,我国的几个平台,LIUHUA 11-1SOUTH CHINA SEA,CHINA,Computer-generated schematic of Liuhua 11-1 FPS and FPSO,The FPS is a modified semi-submersible drilling rig.Shown are the 25 flexible catenary lines on the FPS riser system.,FPS Nanhai Tiao Zhan was converted fr
19、om a semi-submersible drilling rig,purchased in September 1993.,FPSO Nanhai Sheng Li.The FPSO supports the processing equipment necessary to handle up to 5,000bbl of oil and 300,000bbl of total fluids per day,LUFENG 22-1SOUTH CHINA SEA,CHINA,Schematic of the FPSO over the Lufeng field.,The shuttle t
20、anker Navion Munin,total capacity of 101,400m3,Statoil selected an FPSO based on a multi-purpose shuttle tanker(MST)for developing the field.The shuttle tanker Navion Munin,built by Samsung Heavy Industries,in Korea,was selected for upgrading to an FPSO.,思考题,张力腿式平台与半潜式平台的联系与区别？牵索塔式平台的摆动能够保持在许可倾斜度范围内的原理？简述张力腿式平台保持正浮状态的原理？,
