1、第二章2.7 海洋工程,海洋平臺(tái),一、 概 述 海洋平臺(tái)是在海洋上進(jìn)行鉆井與采油作業(yè)的海洋工程結(jié)構(gòu)。 船舶工程與海洋工程的差別： 海洋工程是以一定時(shí)期固定于某一水域進(jìn)行專業(yè)活動(dòng)如鉆探、采油為對(duì)象的工程技術(shù)問(wèn)題。 船舶工程是以船舶的航運(yùn)活動(dòng)為主要對(duì)象的工程技術(shù)問(wèn)題。 海洋石油鉆探與生產(chǎn)所需平臺(tái)主要有鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)。在鉆井平臺(tái)上設(shè)置鉆井設(shè)備，在生產(chǎn)平臺(tái)上設(shè)置采油設(shè)備。平臺(tái)與海底井口有立管相通。 平臺(tái)形式有三邊形、四邊形或多邊形。平臺(tái)上設(shè)有上下兩層甲板或單層甲板，以供安裝和儲(chǔ)存鉆井或采油設(shè)備用。,平臺(tái)發(fā)展 以材料論，從木質(zhì)平臺(tái)鋼質(zhì)平臺(tái) 以類型論，從固定式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái) 固定式平臺(tái)：對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)

2、性強(qiáng)；不利于拆除搬遷，水深增加后不經(jīng)濟(jì) 移動(dòng)式平臺(tái)：適合深水，利于拆除搬遷；部分平臺(tái)對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)性弱,1、按運(yùn)動(dòng)方式，可分為固定式與移動(dòng)式兩大類,海洋平臺(tái),固定式,移動(dòng)式,樁基式（鋼質(zhì)樁基導(dǎo)管架平臺(tái)）,重力式,浮式,接地式,順應(yīng)式,船式 * 半潛式 *,坐底式* 自升式* d,獨(dú)立腿式 沉墊式,牽索塔式 張力腿式,二、 海洋平臺(tái)的分類,* ：主要類型平臺(tái) d：通常為鉆井平臺(tái),2、按功能，海洋平臺(tái)的分類有鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)、生活平臺(tái)、儲(chǔ)油平臺(tái)等。,Tension Legs (steel tubular lengths screwed together),Snorre TLP,鉆井平臺(tái),海洋鉆井

3、的目的是為了了解海底地質(zhì)構(gòu)造及礦物儲(chǔ)藏情況，這項(xiàng)工作通常是由鉆井平臺(tái)來(lái)完成的。,三、各種不同平臺(tái)的特點(diǎn),海上鉆井的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，包括井架(又稱鉆塔)、提升設(shè)備、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、井口系統(tǒng)、封井系統(tǒng)、水下鉆井設(shè)備的控制操作系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)等。因?yàn)楹Ｉ香@井要受到風(fēng)、浪、流的影響，所以比陸上鉆井要復(fù)雜得多。,生產(chǎn)平臺(tái),生產(chǎn)平臺(tái)是專門從事海上油、氣等生產(chǎn)性的開(kāi)采、處理、貯藏、監(jiān)控、測(cè)量等作業(yè)的平臺(tái)。 形式：有的是單個(gè)平臺(tái)，也可由幾個(gè)不同用途的平臺(tái)相連，組成石油生產(chǎn)基地。 分類：,1. 按建筑材料可分為：鋼筋混凝土平臺(tái)和鋼質(zhì)平臺(tái)；2. 按結(jié)構(gòu)型式可分為：固定式平臺(tái)和移動(dòng)式平臺(tái)。 固定式

4、平臺(tái)又可分為樁基式與重力式兩種； 移動(dòng)式平臺(tái)又可分為自升式與張力腿式、牽索塔式等。,1、坐底式鉆井平臺(tái),坐底式鉆井平臺(tái)是早期在淺水區(qū)域作業(yè)的一種移動(dòng)式鉆井平臺(tái)。 組成：平臺(tái)分本體與下體，由若干立柱連接平臺(tái)本體與下體，平臺(tái)上設(shè)置鉆井設(shè)備、工作場(chǎng)所、儲(chǔ)藏與生活艙室等。 特點(diǎn)：鉆井前在下體中灌入壓載水使之沉底，下體在坐底時(shí)支承平臺(tái)的全部重量，而此時(shí)平臺(tái)本體仍需高出水面，不受波浪沖擊。在移動(dòng)時(shí)，將下體排水上浮，提供平臺(tái)所需的全部浮力。 工作水深：60m以內(nèi)。 不足：工作水深不能調(diào)節(jié)，愈深則所需的立柱愈長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)愈重愈不經(jīng)濟(jì)，而且立柱在拖航時(shí)升起太高，容易產(chǎn)生事故。對(duì)海底地形和土壤基礎(chǔ)有一定要求，適應(yīng)性不

5、強(qiáng)。已日漸趨于淘汰。,我國(guó)“勝利二號(hào)”步行坐底式鉆井平臺(tái),2、自升式鉆井平臺(tái),組成：一個(gè)上層平臺(tái)和數(shù)個(gè)能夠升降的樁腿 工作過(guò)程：移航時(shí)樁腿升起，至井位后，船體升高作業(yè)，樁腿下降插入海底。 適用水深與海底條件：60m-100m，硬土區(qū)、珊瑚區(qū)、不平整海底 優(yōu)點(diǎn)：適用于不同海底土壤條件和相對(duì)較大的水深范圍，移位靈活方便，便于建造，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)中它仍占絕大多數(shù)。 不足：水深愈大，樁腿愈長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)性愈差。樁腿加長(zhǎng)時(shí)，下水受波浪力大；拖航時(shí)穩(wěn)性差，受風(fēng)力大。樁腿入泥太深，泥底滑動(dòng)會(huì)造成平臺(tái)傾斜。 要求：自升式鉆井平臺(tái)既要滿足拖航移位時(shí)的浮性、穩(wěn)性方面的要求，又要

6、滿足作業(yè)時(shí)穩(wěn)性和強(qiáng)度的要求，以及升降平臺(tái)和升降樁腿的要求。,井架在平臺(tái)尾部懸臂型,獨(dú)立腿式： 平臺(tái)、樁腿、樁靴 樁靴，承載壓力約2.4-2.9pa 移位前必須知道新井位的容許壓力，以便加大支撐面積，減小插入深度。 適用海底條件：硬土區(qū)、珊瑚區(qū)、不平整海底,沉墊式： 平臺(tái)、樁腿、沉墊 沉墊將各樁腿連在一起，增大支撐面積，減小支撐壓力，減小插入深度。拖航時(shí)沉墊提供浮性和穩(wěn)性。 沉墊四周的裙板防止周圍泥土掏空。 適用海底條件：由于沉墊承壓低（0.240.3Pa），適用平整海底,平臺(tái)本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺(tái)的穩(wěn)性。 下體間的連接支撐一般都設(shè)在

7、下體上方，這樣，當(dāng)平臺(tái)移位時(shí)，可使連接支撐位于水線之上，以減小阻力； 平臺(tái)本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊； 下體或浮箱提供主要浮力，沉沒(méi)于水下以減小波浪的擾動(dòng)力。,3、半潛式鉆井平臺(tái),組成：由平臺(tái)本體、立柱和下體或浮箱組成。平臺(tái)上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接。 特點(diǎn)：是大部分浮體沉沒(méi)于水中的小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)，有立柱穩(wěn)定式平臺(tái),適用水深：500米-幾千米 優(yōu)缺點(diǎn)：穩(wěn)性比較好。造價(jià)高,HOOVER DIANAGULF OF MEXICOSemisubmersible Pl

8、atform,Marine 700 semisubmersible drilling rig,RIG: Marine 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 a

9、n overall width of 71.4m.,錨泊系泊系統(tǒng)：8-12只錨鏈連接平臺(tái)與海底，適用于200-300m水深 動(dòng)力定位系統(tǒng)：利用聲納系統(tǒng)和自動(dòng)控制對(duì)船舶定位；適用1000m 錨泊與動(dòng)力的組合定位系統(tǒng)：風(fēng)浪小時(shí)用錨泊，風(fēng)浪大時(shí)用動(dòng)力定位系統(tǒng)。適用600m以內(nèi),3、半潛式鉆井平臺(tái),定位系統(tǒng)：,轉(zhuǎn)移方式：自航和非自航式。距離遠(yuǎn)時(shí)，即使自航時(shí)也需拖船。 移動(dòng)時(shí)為了減小受風(fēng)面，平放鉆井架 井架布置：設(shè)在中部（常用方式，縱搖影響?。┗蚨瞬?4、鉆井船,鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的船，也屬于移動(dòng)式(船式)鉆井裝置。較早的鉆井船是用駁船、礦砂船、油船、供應(yīng)船等改裝的，現(xiàn)在已有專為

10、鉆井設(shè)計(jì)的專用船。目前，已有半潛、坐底、自升、雙體、多體等類型，且多數(shù)具有自航能力。 優(yōu)缺點(diǎn)：鉆井船在鉆井裝置中機(jī)動(dòng)性最好，但鉆井性能卻比較差。鉆井船在波浪中的垂蕩要比半潛式平臺(tái)大，有時(shí)要被迫停鉆，需采用垂蕩補(bǔ)償器來(lái)緩和垂蕩運(yùn)動(dòng)。 工作：鉆井船與半潛式鉆井平臺(tái)一樣，鉆井時(shí)浮在水面。井架一般都設(shè)在船的中部，以減小船體搖蕩對(duì)鉆井工作的影響。 適用范圍：適于深水作業(yè)，但需要適當(dāng)?shù)膭?dòng)力定位設(shè)施。鉆井船適用于波高小、風(fēng)速低的海區(qū)。它可以在600m水深的海底上進(jìn)行探查，掌握海底油、氣層的位置、特性、規(guī)模、貯量，提供生產(chǎn)能力等,思考題,船舶工程與海洋工程的差別？ 自升式鉆井平臺(tái)有哪些不足之處？ 為什么半潛式

11、鉆井平臺(tái)通常穩(wěn)定性會(huì)比較好？,1、重力式采油平臺(tái) 一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底部的大貯油罐、單根或多根立柱、平臺(tái)甲板等部分組成。 采油、貯存和處理用的大型多用途平臺(tái)，規(guī)模較大的可開(kāi)采幾十口井，貯油十幾萬(wàn)噸，平臺(tái)的總重量可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸。 施工：,在海岸圍堤排水形成的工地上建造平臺(tái)，建好后拆堤放水起浮平臺(tái)，拖運(yùn)到井位壓載下沉就位 把底座在陸上造到一定程度后下水，每造好一段下沉一段，為起重工作帶來(lái)方便。,優(yōu)點(diǎn)：較大的頂部裝載被拖至作業(yè)井口，海上裝配量減少；貯油能力增強(qiáng)；與海底連接程度好，抵抗外載能力提高；鋼筋混凝土節(jié)約鋼材和提高防腐能力，不需打樁；排去壓載可浮移。 缺點(diǎn)：隨著水域增加造價(jià)增加。,(a)

12、 perspective view; (b) side view; ( c) section AA Typical concrete gravity structure,a 沉箱 b 立柱 d 油罐 f 鉆井井架,Concrete tripod structure,a surface platform b concrete tripod structure c gravity bases d drilling and production risers,2、導(dǎo)管架式平臺(tái) 導(dǎo)管架式平臺(tái)由若干根導(dǎo)管組合成導(dǎo)管架，并用鋼樁固定于海底。 施工：導(dǎo)管架先在陸地預(yù)制好后，拖運(yùn)到海上安裝就位，然后順著導(dǎo)管打

13、樁，鋼樁穿過(guò)導(dǎo)管打入海底，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導(dǎo)管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導(dǎo)管連成一體固定于海底。這種施工方式，使海上工作量減少。 優(yōu)點(diǎn)：平臺(tái)設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當(dāng)?shù)氐暮r而定，一般大約高出4-5m，這樣可避免波浪的沖擊。樁基式平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，是目前最主要的固定式平臺(tái)。 不足：其尺度、重量隨水深增加而急驟增加，所以在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。 適用水深：300m,導(dǎo)管架正在下海,自動(dòng)安裝扶正過(guò)程,下水浮正,3、牽索塔式平臺(tái) 組成：甲板、塔體、牽索系統(tǒng) 牽索塔式平臺(tái)是一瘦長(zhǎng)的桁架結(jié)構(gòu)，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撐

14、，其上端支承作業(yè)甲板。 桁架的四周用鋼索、重塊、錨、錨鏈所組成的錨泊系統(tǒng)加以牽緊，使它能保持直立狀態(tài)。 特點(diǎn)：由于這種平臺(tái)是由錨泊系統(tǒng)牽緊的，它在小風(fēng)浪時(shí)僅發(fā)生微幅擺動(dòng)；風(fēng)浪大時(shí)，由于桁架結(jié)構(gòu)擺動(dòng)幅度大，會(huì)把重塊拉得離開(kāi)海底，從而要吸收掉風(fēng)浪的一部分能量，因此平臺(tái)仍可維持在許可范圍內(nèi)（允許塔的傾斜度在2以內(nèi)）擺動(dòng)。水平力主要由系纜系統(tǒng)承受。 優(yōu)點(diǎn)：這種平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件尺寸小，故所受到的風(fēng)、浪、流的作用力也小。 不足：若水深超過(guò)600米，則由于要提高桁架的抗彎能力，建造時(shí)所耗用的材料會(huì)大大增加，經(jīng)濟(jì)上不一定合算。 適用水深： 300600m,Guyed tower production pla

15、tform,a 塔體 b 樁腿筒 c 鋼索 d 重塊 e 錨,4、張力腿式平臺(tái) 張力腿式平臺(tái)是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡的鉆井平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。 張力腿式平臺(tái)與半潛式平臺(tái)的聯(lián)系與區(qū)別： 聯(lián)系：均有平臺(tái)、立柱，均采用錨泊定位 區(qū)別：錨泊定位系統(tǒng)的錨鏈為懸垂曲線，下端必須與水底相切，以保證錨柄不會(huì)從水底抬起，這樣就可保證錨的抓力。 張力腿式平臺(tái)所用錨索是繃緊成直線的，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的錨是樁錨（即打入水底

16、的樁作為錨用），或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起放的轉(zhuǎn)爪錨。 不足：投資高 適用水深：460m幾千米,Tension Legs (steel tubular lengths screwed together),Snorre TLP,錨索是繃緊成直線 樁錨或重力式錨,小型張力腿MiniTLP MINI TENSION LEG PLATFORM,MORPETHGULF OF MEXICO, USA,圓柱直徑6.1-9.14m,水深1310m，1432m,MORPETHGULF OF MEXICO, USA,MATTERHORN, GULF OF MEXICO, USA,5、單立柱SPAR,由轉(zhuǎn)

17、盤、浮筒、懸鏈?zhǔn)藉^鏈組成； 浮筒具有貯油能力與生產(chǎn)設(shè)備； 浮筒下一段備有貯油容器； 浮筒上面一段設(shè)有轉(zhuǎn)盤，居住艙及工作設(shè)備,HOOVER DIANAGULF OF MEXICO,NEPTUNEGULF OF MEXICO, USA,Topsides 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

18、215m long.,GENESISGULF OF MEXICO, USA,NANSEN BOOMVANG GAS FIELD,GULF OF MEXICO, USA,Truss Spar， water depth 2000ft,HORN MOUNTAIN, GULF OF MEXICO, USAThe truss spar platform,我國(guó)的幾個(gè)平臺(tái),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 from a semi-submersible drilling