海洋平台结构设计课件第一章绪论

1、海洋平台结构设计课件第一章海洋平台结构设计课件第一章 绪绪论论书籍书籍教材：教材：海洋石油平台设计海洋石油平台设计，陈建民，陈建民 主编，石油工业出版出版社，主编，石油工业出版出版社，20122012年年5 5月第月第1 1版版参考资料：参考资料：近海工程结构物近海工程结构物导管架平台导管架平台，姜萌，姜萌 主编，大连理工大学出版主编，大连理工大学出版社，社，2002009 9年年8 8月第月第1 1版版船舶与海洋平台结构船舶与海洋平台结构，杨永祥，杨永祥 主编，国防工业出版社，主编，国防工业出版社，2002008 8年年1 12 2月第月第1 1版版 CCS 海上移动平台入级与建造规范海上移

2、动平台入级与建造规范 20052005，人民交通出版社，人民交通出版社 ABS-Rules For Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units 2008.海洋平台结构设计海洋平台结构设计 绪论绪论定义：定义：海洋平台海洋平台（offshore platform）为在海上进行钻井、采为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物构筑物，也是，也是移动式移动式平台平台、固定式平台等、固定式平台等的的统称统称；它；它由上部由上部结构、设施与设备、支承结构等

3、组成结构、设施与设备、支承结构等组成。海洋平台的定义及其作用海洋平台的定义及其作用海洋平台是海洋平台是进行勘探开发海洋油气所需的关键装备之一。进行勘探开发海洋油气所需的关键装备之一。第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第一节第一节 海洋海洋石油平台的类型石油平台的类型海洋平台海洋平台固定式平台固定式平台混凝土重力式平台混凝土重力式平台钢质导管架式平台钢质导管架式平台坐底式平台坐底式平台移动式平台移动式平台自升式平台自升式平台钻井船钻井船半潜式平台半潜式平台张力腿式平台张力腿式平台牵索塔式平台牵索塔式平台一、桩基式导管架平台一、桩基式导管架平台导管架平台的特点1.

4、 整体稳定性好整体稳定性好2. 刚度大刚度大3. 受季节和气候的影响较小受季节和气候的影响较小4. 抗风暴能力强抗风暴能力强5. 安全可靠安全可靠6. 结构简单结构简单7. 造价低造价低上部结构上部结构基础结构基础结构导管架平台的应用导管架平台的应用 导管架平台是在导管架平台是在软土地基上应用较多软土地基上应用较多的一种桩基平台的一种桩基平台 工作水深工作水深一般在十余米一般在十余米200m的范围内，也有超过的范围内，也有超过300m的的 目前是世界上目前是世界上使用最多使用最多的一种平台的一种平台 它是从它是从设计理论和建造技术设计理论和建造技术来看最成熟、通用的平台形式来看最成熟、通用的平

5、台形式 二、固定重力式平台二、固定重力式平台钢筋混凝土重力式平台钢筋混凝土重力式平台钢结构重力式平台钢结构重力式平台钢和钢筋混凝土重力式平台钢和钢筋混凝土重力式平台重力式平台的特点1. 2. 3. 4. 5. 6. 设计时应防止基础舱壁失稳设计时应防止基础舱壁失稳上部结上部结构构立柱立柱基础基础6 6个插入泥面个插入泥面以下数百英尺的桩固定于海底。以下数百英尺的桩固定于海底。三、顺应式平台三、顺应式平台水上设水上设施施支撑结支撑结构构桩桩顺应塔式平台的应用顺应塔式平台的应用 应用水深可达应用水深可达9009001000m,1000m,最佳工作水深在最佳工作水深在200200650m650m；

6、整体式基础整体式基础多建造在密实的砂土上；多建造在密实的砂土上；分离式基础分离式基础的面积取决于地质条件；的面积取决于地质条件； 立柱的间距立柱的间距随水深而变，对地基和水深的适应性强，可用于地质条件较随水深而变，对地基和水深的适应性强，可用于地质条件较差的场合差的场合 三、顺应式平台三、顺应式平台四、坐底式钻井平台四、坐底式钻井平台我国我国“胜利二号胜利二号”步行坐底式钻井平台步行坐底式钻井平台组成组成：一个上层平台和数个能够升降的桩腿：一个上层平台和数个能够升降的桩腿工作过程工作过程：移航时桩腿升起，至井位后，船体升：移航时桩腿升起，至井位后，船体升高作业，桩腿下降插入海底高作业，桩腿下降

7、插入海底适用水深与海底条件适用水深与海底条件：大陆架大陆架200m200m以内水深以内水深，硬，硬土区、珊瑚区、不平整海底土区、珊瑚区、不平整海底桩腿长度桩腿长度是自升式钻井平台的关键参数是自升式钻井平台的关键参数桩腿结构形式桩腿结构形式有柱体式和桁架式两类有柱体式和桁架式两类常用的常用的桩腿数量桩腿数量为为3 3根或根或4 4根根五、自升式钻井平台五、自升式钻井平台平台结构平台结构桩腿桩腿海洋平台公司海洋平台公司自升式钻井平台示意图自升式钻井平台示意图海洋平台公司海洋平台公司 该模块主要包括以下三部分: 1. 升降机构(Jacking System) 2. 固定框架(Fixed Frame)

8、 3. 桩腿及桩靴(Leg & Spudcan)升降模块升降模块海洋平台公司海洋平台公司升降机构 升降模块升降模块齿轮传动机构1齿轮传动机构2海洋平台公司海洋平台公司桩腿及桩靴桩腿及桩靴桩腿桩靴桩靴的起吊桩腿的制作升降模块海洋平台公司海洋平台公司该模块主要包括三大部分：钻井系统 悬臂结构 滑移系统钻井模块钻井模块海洋平台公司海洋平台公司钻井绞车井架天车游车大钩固绳锚钻井模块钻井模块铁钻工海洋平台公司海洋平台公司钻井模块钻井模块顶驱转盘司钻控制室防喷器滑移系统液压油缸海洋平台公司海洋平台公司钻井模块钻井模块泥浆循环系统泥浆净化系统泥浆泵自升式平台的特点1 1. . 适用于不同适用于不同海

9、底土壤条件海底土壤条件2.2. 适用于适用于相对较大的相对较大的水深范围水深范围3.3. 移位移位灵活方便灵活方便，便于建造，便于建造4.4. 水深愈大，水深愈大，桩腿愈长桩腿愈长，结构强度和稳，结构强度和稳性愈差性愈差5.5. 要求要求自升式钻井平台既要满足拖航移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。平台和升降桩腿的要求。半潜式半潜式由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。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

10、保证平台的稳性；n下体间的连接支撑一般都设在下体上方，当平台移位时，可使连接支撑位于水线之上，以减小阻力；n平台本体高出水面一定高度，以避免波浪的冲击；n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。六、半潜式钻井平台六、半潜式钻井平台半潜式平台的特点1. 500500米米几千米几千米2.2. 稳性稳性比较好比较好3.3. 造价造价高高半潜式钻井平台的半潜式钻井平台的类型类型有许多种，主要差有许多种，主要差别在于水下浮体的形状与数目别在于水下浮体的形状与数目 FPSO FPSO概念概念： FPSO是英文是英文Floating Production Shortage Shortage a

11、nd Offloading的缩写，中的缩写，中文译为浮式生产、储油、卸油船。这种船并不是一种真正意义上用于文译为浮式生产、储油、卸油船。这种船并不是一种真正意义上用于运输的船，它兼有生产、储油、卸油的功能，一般与水下采油装置和运输的船，它兼有生产、储油、卸油的功能，一般与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。产品。七、钻井船（七、钻井船（FPSO)FPSO外形类似油船，但其复杂程外形类似油船，但其复杂程度要远远高于油船，涉及的复杂度要远远高于油船，涉及的复杂系统包括二十几个大类，如：单系统包括

12、二十几个大类，如：单点锚泊系统、动力定位系统、油点锚泊系统、动力定位系统、油处理系统、废水处理系统、注水处理系统、废水处理系统、注水处理系统和直升机起降系统等，处理系统和直升机起降系统等，这类系统在运动型船中很少遇到。这类系统在运动型船中很少遇到。其他的惰性气体发生系统、消防其他的惰性气体发生系统、消防救生系统、监控系统、发电系统救生系统、监控系统、发电系统等都高于运输型船舶的建造要求。等都高于运输型船舶的建造要求。钻井船的特点1 1. . 在钻井装置中机动性最好在钻井装置中机动性最好2.2. 钻井性能却比较差钻井性能却比较差3.3. 工作工作：钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。井架

13、一般都设在船的中部，：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以减小船体摇荡对钻井工作的影响4.4. 适用范围适用范围：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：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、风速低的海区速低的海区钻井船示意图钻井船示意图张力腿结构示意图TLP是一种垂直系泊的顺应式平台。它一般由平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（沉箱）、张力腿系泊系统和锚固基础五大部分组成。从结构特点看，TLP就像一个倒置的钟摆，是一个刚性系统和弹性系统两者综合的复杂非线性动力系统。八、张力腿式平台

14、八、张力腿式平台(TLP)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。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，所相差的力张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的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。经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。张力腿式平台工作原理张力腿式平台工作原理TLP平台的特点1. 运动性能好运动性能好2. 抗恶劣环境能力强抗恶劣环境

15、能力强3. 抗震能力较强抗震能力较强4. 便于移位，可重复使用便于移位，可重复使用5. 造价低造价低Spar平台平台由转盘、浮筒、悬链式锚链组成由转盘、浮筒、悬链式锚链组成 浮筒具有贮油能力与生产设备；浮筒具有贮油能力与生产设备； 浮筒下一段备有贮油容器；浮筒下一段备有贮油容器； 浮筒上面一段设有转盘，居住舱及工作浮筒上面一段设有转盘，居住舱及工作设备设备适用水深：适用水深：6003000m垂荡运动比半潜式平台小垂荡运动比半潜式平台小具有良好的动力稳定性具有良好的动力稳定性有较大的储油能力有较大的储油能力经济性好经济性好九、九、Spar平台平台海洋平台结构设计海洋平台结构设计 绪论绪论 深水浮

16、式平台概况深水浮式平台概况第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第二节第二节 世界世界海洋海洋石油平台发展概况石油平台发展概况 目前全世界已有目前全世界已有23002300多套水下生产设施、多套水下生产设施、204204座深座深水平台活跃在全世界各大海域水平台活跃在全世界各大海域 平台的工作水深和钻采深度不断创造新的记录平台的工作水深和钻采深度不断创造新的记录 深水钻井装备和铺管作业技术也得到迅速发展深水钻井装备和铺管作业技术也得到迅速发展 半半潜潜式式平平台台半潜式平台的半潜式平台的设计商设计商半潜式平台的半潜式平台的建造商建造商半潜式平台的半潜式平台的建造周期

17、建造周期半潜式平台的半潜式平台的造价造价半潜式平台的半潜式平台的作业水深作业水深半潜式平台的半潜式平台的技术水平划分技术水平划分半潜式平台设计的半潜式平台设计的关键技术关键技术n半潜式平台概况半潜式平台概况Spar平台平台设计设计关键关键技术技术波浪荷载级平台运动响应波浪荷载级平台运动响应垂荡、纵摇运动不稳定性及控制技术垂荡、纵摇运动不稳定性及控制技术涡激振荡及控制技术涡激振荡及控制技术系泊系统和立管系统的作用与影响系泊系统和立管系统的作用与影响Spar平台发展历程平台发展历程n深水深水SparSpar平台发展概况平台发展概况Spar平台在中国南海的应用前景平台在中国南海的应用前景海洋平台结构

18、设计海洋平台结构设计 绪论绪论 初级发展阶段（初级发展阶段（20002000年以前）年以前）第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第三节第三节 我国我国海洋海洋石油平台发展概况石油平台发展概况 具有代表性的装备是研制成功我国第一艘半潜式钻井具有代表性的装备是研制成功我国第一艘半潜式钻井平台（勘探平台（勘探3 3号）号） 我国依靠自行设计，先后建成渤海我国依靠自行设计，先后建成渤海1 1号、渤海号、渤海3 3号、渤号、渤海海5 5号、渤海号、渤海7 7号、渤海号、渤海9 9号共号共5 5艘自升式钻井平台，建艘自升式钻井平台，建成胜利成胜利1 1号、胜利号、胜利2 2

19、号、胜利号、胜利3 3号共号共3 3艘坐底式钻井平台，艘坐底式钻井平台，以及勘探以及勘探1 1号双体式自由式浮船、渤海友谊号号双体式自由式浮船、渤海友谊号FPSOFPSO海洋平台结构设计海洋平台结构设计 绪论绪论 持续发展阶段（持续发展阶段（2000200620002006年）年）第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第三节第三节 我国我国海洋海洋石油平台发展概况石油平台发展概况 我国成功设计与建造的渤海友谊号我国成功设计与建造的渤海友谊号FPSOFPSO的贡献在于的贡献在于首次将首次将FPSOFPSO用于有冰的海域用于有冰的海域 我国先后完成了渤海长青号、渤海世

20、纪号、渤海我国先后完成了渤海长青号、渤海世纪号、渤海奋进号、海洋石油奋进号、海洋石油3 3号等号等FPSOFPSO的自行设计；完成了的自行设计；完成了宾果宾果90009000系列共系列共4 4艘超深水半潜式平台的船体建造艘超深水半潜式平台的船体建造以及以及1515万吨、万吨、1717万吨、万吨、2121万吨级别万吨级别FPSOFPSO的建造；的建造；初步具备初步具备3030万吨级别万吨级别FPSOFPSO的船体设计和建造能力的船体设计和建造能力海洋平台结构设计海洋平台结构设计 绪论绪论 有所突破阶段（有所突破阶段（2006201020062010年）年）第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第三节第三节 我国我国海洋海洋石油平台发展概况石油平台发展概况 导管架平台的发展导管架平台的发展 自升式平台的发展自升式平台的发展 半潜式平台的发展半潜式平台的发展 钻井储油平台的发展钻井储油平台的发展 深水铺管船深水铺管船-“-“海洋石油海洋石油201”201”海洋平台结构设计海洋平台结构设计 绪论绪论 向深水、超深水发展向深水、超深水发展第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 introduction第四节第四节 海洋海洋石油平台的发展趋势石油平台的发展趋势 在在2003200320072007年年的的5 5年中，全球约有年中，全球约有580580亿美元的