Spar平台简述.ppt

Spar平台的特点 一 Spar的总体结构 上部组块主体结构立管系统系泊系统Spar平台组件 2 3 上部组块 顶部甲板模块 平台生产和生活的中心 Spar平台的上部组块通常有2 4层矩形甲板结构组成 用来进行钻探 油井维修 产品处理或其他组合作业 Spar平台一般设有油气处理设备 生活区 直升机甲板以及公共设施等 根据作业设计要求 也可以在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔以及完成平台的钻探 完井和修井作业 在进行上部组块设计时 应尽量减小模块的质量 设置布置尽量紧密 以减小甲板尺寸 平台质量 从而降低平台的造价 4 平台主体 平台主体是一个在水中垂直悬浮的圆柱体 整体直径较大 一般长度在20 40米之间 主体吃水均在100米以上 重心位于水线面以下很深的位置 平台主体提供主要的浮力 并保证平台作业安全 典型的Spar平台从上到下主要分为硬舱 中段 软舱 平台主体从主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分为硬舱 它是一个大直径的圆柱体结构 中央井贯穿其中 设有固定浮舱和可变压载舱 为平台提供大部分浮力 并对平台浮态进行调整 中段是指平台主体从可变压载舱底部至临时浮舱定甲板之间的部分 它是桁架结构 在桁架结构中设置2 4层垂挡板 以增加平台的附加质量并附加阻尼 提高稳性 平台主体中段以下的部分是软舱 软舱主要设置固定压载舱 以此减低平台重心 同时为Spar平台自行竖立过程提供扶正力矩 此外 主体外壳上还安装2 3列螺旋侧板结构 以减少平台的涡激振动 改善平台在涡流中的性能 5 立管系统 Spar平台的中央井自下而上贯穿整个主体 其中充满了海水 Spar的立管系统就位于中央井内 在主体的屏障作用下不受表面波和海流的影响 SPAR平台的立管系统向上与平台上体的生产设备相连 向下则深入海底 可实现采油 气 注水 外输等功能 立管系统根据设计需要可以在顶部张紧式立管 TTR 和钢制悬链线立管 SCR 间进行选择 6 7 Spar平台的立管系统主要由生产立管 钻探立管 输出立管以及输送管线等部分组成 由于Spar的垂荡运动很小 不仅可以支持顶部张紧立管 TenTensionRiser 还可以使每个立管通过自带的浮力罐 buoyancycan 或甲板上的张紧器提供张力支持 浮力罐从接近水表面一直延伸到水下一定深度 甚至超出硬舱底部 在中央井内部 由弹簧导向承座提供这些浮罐的横向支持 柔性海底管线 包括柔性输出立管 可以附着在Spar的硬舱和软舱的外部 也可以通过导向管拉进桁架内部 继而进入到硬舱的中心井中 8 系泊系统 链 缆 链 采用半张紧悬链线系泊系统 系泊系统一般分为系泊缆索 导缆器 起链机和海底基础四部分 Spar平台采用半张紧悬链线系泊系统 下桩点在水平距离上远离主体平台 有多条系泊索组成的缆索系统覆盖了很宽广的区域 系泊缆索是整个系泊系统最重要的部分 分为海底桩链和锚链 锚链由钢缆或聚酯纤维组成 导缆器安装在平台主体重心附近的外壁上 目的是减少系泊索的动力载荷 起链机是对系泊系统进行操控的重要设备 成为数组 其分布在主体顶甲板边缘的各个方向上 锚所承受的上拔载荷由打桩或负压法安装的吸力锚来承担 系泊方式 悬链线式系泊方式系泊线的外形是弯曲的悬链线 一般由锚链和钢缆多个部分组成 锚链与海底水平相接 系锚点只受水平方向的力 系泊点的回复力由其自身的重力而产生 常用于相对较浅的海域 张紧式系泊方式系泊线与海底以一定的角度相交系锚点处要同时受水平和铅直方向的力 系泊线的回复力主要由其自身的弹性而产生 张紧式系泊系统在海底占据范围比悬链线系泊系统的小很多为了降低系泊线的重量 系泊线通常采用较轻的合成材料 适应于深水和超深水水域 系泊链材料 1 链条 Chain 有横挡链 横档可能导致局部疲劳 如失去一个横档将会在链接处产生较高的弯曲力矩 无横档链 使用较多链的等级很多 屈服强度不同 等级不同 链比其他材料的疲劳寿命要短 链的破坏形式 塑性破断 脆性断裂 破坏的主要形式 疲劳断裂 应力腐蚀 2 钢缆 WireRope 常见的钢缆结构形式 六股式 螺旋股式 多股式 螺旋股式结构具有较强的纵向刚度和扭转平衡 旋转损耗低 对于深水系泊系统 常采用此种结构 钢缆破坏的主要原因是腐蚀 常采用镀锌和润滑并配合阳极保护的方法来防止腐蚀的发生 对于螺旋股式钢缆 还通常采用高密度的聚乙烯外壳来防止海水腐蚀钢缆 3 合成材料 SyntheticWireRope 有较大的水平回复力 减小了平台的水平位移 具有较小的刚度 降低了缆绳的拉伸程度 缆绳的轴向刚度随轴向张力及里的作用时间而变化 容易偏移 分析起来比较复杂 缆绳容易打滑而产生蠕变 只能作为悬浮部分 而不能预放于海底 安装起来也很复杂 常用的合成材料有聚酯材料 聚酰胺材料 高模数聚乙烯材料三种 缆绳可以是螺旋状 平行股式和六股式 FiberRopeConstruction 二 Spar平台的优点 与其他浮体结构相比 Spar平台具有很好的稳定性和较好的运动特性 与其他海洋采油平台相比 Spar平台具有三大优势 特别适宜于深水作业 在深水环境中运动稳定 安全性良好 在系泊系统和主体浮力控制的作用下 Spar平台相应的六个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋能量集中频带 显示了良好的运动性能 以ClassicSpar为例 其典型的固有周期纵横荡为300 500s 纵横摇为50 100s 垂荡为30s 在Spar平台投入正式生产的十六年间 六座在役平台经历了各种恶劣的海况 还从未发生过重大的安全事故 例如 1998年9月 世界上的第一座Spar平台 NeptuneSpar就经历了两次台风的考验 其中最大的一次Georges号台风引起的巨浪高达9 75米 稳定风速为78kn 结果 在台风中对平台运动响应的实际记录比实现预计的响应还要稍小些 整个平台安然无恙 表现出来很好的安全性 灵活性好 由于采用了缆索系泊系统固定 使得Spar平台十分便于拖航和安装 在原油田开发完后 可以拆除系泊系统 直接转移到下一个工作地点继续使用 特别适宜于在分布面广 出油点较为分散的海洋 区域进行石油探采工作 另外 Spar平台动态定位比较方便 即便是处于下桩状态 也可以通过调节系泊索的长度 来使水平面上的一定范围内移动 保证在设计位置上 经济性好 与固定式平台相比 Spar平台由于采用了系泊索固定 其造价不会随着水深的增加而急剧提高 TLP平台与Spar平台 系泊 Spar平台采用半张紧悬链系泊系统 TLP虽然也属于多点系泊 但是它用张力筋腱 Tendon 代替系泊线 SPAR与TLP的设计理念是不一样的 SPAR平台重心高于浮心 位于水里是一种绝对稳定的结构 spar平台目前是常用的深海采油平台 TLP是利用下面张力腿的张力才能平衡平台的浮力 重力 系泊索力 浮力 属于一种不稳定结构 在墨西哥湾发生几次台风后 TLP的事故比较多 现在已经逐渐开始不采用了 TLP的张力腿腿断后会导致倾覆 Spar的摇荡周期很大 纵摇能几百秒 垂荡也几十秒 而TLP振动周期就很短 是因为张力腿很紧的缘故 它的共振区在高频区 SpringringVibration 弹簧圈隔振器 就是个很显著的特征 而Spar较关注的是慢漂力 差频 和VIV VIV vortex inducedvibration解释为 涡激振动 Spar与TLP性能对比 1 运动性能 相对TLP来说 Spar平台具有更好的运动性能 由于Spar平台的垂荡板质量相对较大 同时 其水线面积相对较小 因此有更小的垂荡运动 运动性能更好 而TLP平台由于其张力腿钢束的约束作用 垂荡刚度很大 垂荡周期很小 因此在海浪能量作用下 TLP基本没有垂荡运动 Spar平台的半张紧系泊装置使其水平刚度比TLP平台大 因此Spar纵荡 横荡运动性能都小于TLP平台 水平位置漂移更小 同时Spar平台的纵荡 横荡运动性能相对于TLP平台也具有很大的不同 主要是立管与顶层模块 而TLP平台的纵荡 横荡运动性能与垂荡性能类似 有张力腿刚度决定 2 稳定性能 与TLP平台不同 Spar平台的稳定性不是从系泊系统获得的 Spar平台的重心大大低于浮心 即使横摇和纵摇到最大角度 Spar平台也是个稳定系统 而TLP平台稳性主要由上部结构 张力腿和锚基等决定 3 操作性能 Spar的分散系泊系统能使它直接移动到任意一海底油井处 而不需要借助其他中间设备来接近井口 同时也能根据需要方便地改变系泊索预张力 相对TLP平台 操作 定位更方便 4 经济成本 Spar平台相对于TLP平台来说更具经济性 Spar平台对水深并不敏感 水深的增加对Spar的影响只是增加系泊系统的长度和质量 而这一部分相对于整个Spar来说只是很小的一部分载荷 因此Spar平台能适应更深的海域 在2000m以内 而水深对TLP平台的张力腿系统影响较大 目前较经济适用的水深是1300m以内 Spar平台的造价要远低于鲜有的张力腿平台 以目前在役的HornMountainTrussSpar和在建的MadDogTrussSpar为例 工作水深前者为1646米 后者为1372米 总体预算 包括平台及海底管线的建造和安装 钻探和完井等费用 前者大约在6亿美元 后者则大约为3 35亿美元 再看Shell石油公司在1994年872m水深中建成的AugerTLP项目和2001年在910米水深中建成的BrutusTLP项目 前者耗