spar平台综述

1、立柱式平台（ SPAR ）一、一、SPAR平台概况平台概况二二、SPARSPAR平台典型平台典型整体整体组成组成三、三代三、三代SPARSPAR平台的平台的发展发展四四、关键关键技术研究现状技术研究现状五五、中国中国南海应用前景分析南海应用前景分析 随着人类开发海洋的步伐逐渐迈向深海海域，涌现出了很多新型的浮动式海洋平台，Spar平台就是其中之一。Spar平台也属于顺应式的范畴。20世纪80年代以来，Spar平台被广泛应用于人类开发深海的事业中，担负了钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作。 Spar平台由于其经济性和稳定性优于其他浮式平台,在经过短暂的二十几年来的发展中,已经开发

2、出三代类型，分别为经典式(Classic Spar)、桁架式(Truss Spar)和分简集束式(Ce1l Spar)。根据0ffshore的统计：截至2010年5月全球共有17座Spar平台，并且其中l6座在美国墨西哥湾运营,只有l座(Kikeh)在马来西亚。Spar也被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向。一、一、Spar平台概况平台概况平台名称平台名称作业水作业水深深/m主体尺度主体尺度主体重主体重量量/t上部组块重上部组块重量量/t有效载有效载荷荷/t平台入平台入籍籍建成年建成年代代类型类型长度/m直径/mNeptune58821521.91169829035987ABS1996C

3、lassicGenesis792214.937.2260361134015377ABS1999ClassicHoover/Diana1463214.937.2325051561324040ABS1999ClassicNansen1121165.527.41085048447938ABS2001TrussBoomvang1052165.527.41085048997938ABS2001TrussHorn Mountain1653169.132.31327239929979ABS2002TrussMedusa678178.628.61170054438890ABS2003TrussGunnison

4、96016729.91211551719770ABS2003TrussDevil Tower1710178.628.651062334567711ABS2004TrussHolstein1324227.345.5213271576623991ABS2004TrussMad Dog1347169.13918934 22226ABS2004TrussFront Runner101517928.612785 ABS2004TrussConstitution1515168.829.871342653209770ABS2005TrussKikeh1330141.732.31342654289770DNV

5、2006TrussTahiti1250169.239218001895026230ABS2008TrussPerdido238317036205731125018250 2008TrussRed Hawk1615170.719.5653233574264ABS2004Cell现役现役SPAR平台一览表平台一览表 典型的SPAR平台主要由四部分组成：上部组块、主体、系泊系统和立管系统，如图1所示（以桁架型SPAR平台为例）。三代SPAR平台的整体组成是类似的。二二.SPAR.SPAR平台平台典型整体组成典型整体组成1.上部组块及主体上部组块及主体2 系泊系统系泊系统目前深水SPAR平台的系泊索大

6、多采用链-缆-链的张紧悬链线形式。每根系泊索由三部分组成，最上面的部分称为船体链段，中间段为螺旋钢缆或合成缆（尼龙缆或聚酯纤维缆），下部与海底链段相连.3 立管立管系统系统SPARSPAR平台的立管系统向上与平台上体的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管系统根据设计需要可以在顶部张紧式立管立管(TTR)(TTR)和钢制悬链线立管（和钢制悬链线立管（SCRSCR）间）间进行选择进行选择。三三. .三代三代SPARSPAR平台的发展平

7、台的发展第一代：经典（第一代：经典（CLASSIC）SPAR平台；平台；第二代：桁架式第二代：桁架式(TRUSS) SPAR平台平台第三代：群柱式（第三代：群柱式（CELL） SPAR平台平台1.经典经典SPAR主要运动性能有主体决定。主体为直径主要运动性能有主体决定。主体为直径20-3020-30米、高米、高200200米左右的圆筒。影响运动的米左右的圆筒。影响运动的主要参数包括：重心高、浮心高、稳心高。主要参数包括：重心高、浮心高、稳心高。由于纵荡周期很大，一般不会发生纵荡共振，由于纵荡周期很大，一般不会发生纵荡共振，但是对于低频波浪（长峰波）敏感，低频波但是对于低频波浪（长峰波）敏感，低

8、频波浪会引起大幅运动。此外，垂荡和纵摇耦合浪会引起大幅运动。此外，垂荡和纵摇耦合运动，发生运动，发生MathieuMathieu失稳。特点是对于水深失稳。特点是对于水深不敏感，此外主体发生涡激振动也是要关注不敏感，此外主体发生涡激振动也是要关注的问题，主体螺旋侧板可以抑制涡激振动发的问题，主体螺旋侧板可以抑制涡激振动发生，但是螺旋侧板的设计是需要探讨的问题。生，但是螺旋侧板的设计是需要探讨的问题。2.Truss SPAR（桁架式）平台（桁架式）平台 该类型平台主体尺度为经典平台该类型平台主体尺度为经典平台0.5-0.35倍，减少了成本，增加了立柱和垂荡板。与经倍，减少了成本，增加了立柱和垂荡板

9、。与经典平台水动力和运动方面的区别是：典平台水动力和运动方面的区别是： 垂荡板部分增加了垂荡阻尼，垂荡运垂荡板部分增加了垂荡阻尼，垂荡运动减小显著，平台运动稳定性提高。动减小显著，平台运动稳定性提高。 由于水下结构为桁架，降低了流体的由于水下结构为桁架，降低了流体的拖曳载荷，主要是洋流载荷，从而水拖曳载荷，主要是洋流载荷，从而水平运动可以减小。平运动可以减小。 垂荡板部分显著增大了附连水质量，垂荡板部分显著增大了附连水质量，拉长垂荡运动固有周期，减少了与波拉长垂荡运动固有周期，减少了与波浪频率发生共振的可能性。浪频率发生共振的可能性。 垂荡板一般都伸出桁架式主体的边沿，垂荡板一般都伸出桁架式主

10、体的边沿，可以抑制旋涡的生成，涡激振动响应可以抑制旋涡的生成，涡激振动响应减小。减小。 对低频波浪响应不象经典平台那么剧对低频波浪响应不象经典平台那么剧烈，所以封闭式主体排水量允许减小。烈，所以封闭式主体排水量允许减小。3.多柱式（多柱式（Cell） Spar平台平台 主体上部由主体上部由6个圆柱围绕一个中个圆柱围绕一个中心圆柱组成，主体下部为桁架式结构。心圆柱组成，主体下部为桁架式结构。 上部各个单柱可以单独加工、运上部各个单柱可以单独加工、运输和安装，制造、运输和安装难输和安装，制造、运输和安装难度小、方便。度小、方便。 上部多柱部分结构安装螺旋侧板，上部多柱部分结构安装螺旋侧板，可以减小

11、涡激振动响应。可以减小涡激振动响应。 垂荡板安装在圆柱腿上，具有较垂荡板安装在圆柱腿上，具有较大垂荡附加质量和阻尼，低频运大垂荡附加质量和阻尼，低频运动小。动小。 主体上部多柱结构安装侧板可以主体上部多柱结构安装侧板可以有效降低涡激振动，但是侧板的有效降低涡激振动，但是侧板的形式和安装方法需要进一步研究。形式和安装方法需要进一步研究。 施工安装过程运输方便，可以单施工安装过程运输方便，可以单柱运输和安装。柱运输和安装。 1、波浪荷载波浪荷载及平台运动响应及平台运动响应 Spar平台的运动周期长,墨西哥湾典型的Spar平台固有周期为:纵荡160s、纵摇60s、垂荡28s。因此,对一阶波浪荷载的响

12、应较小。其较大的纵荡运动主要是二阶波浪荷载和涌浪引起的长周期慢漂长周期慢漂运动运动,最大二阶慢漂运动幅度可达水深的6%10%。研究认为,Morison方程作为细长圆柱体的二阶绕射-辐射理论的近似是不适宜的。对于细长圆柱体,Morison方程等同于绕射理论的概念在考虑非线性项的影响时是不准确的,就二阶波浪力而言,二阶Morison方程的非线性项影响与任意细长结构的二阶绕射-辐射理论的影响是完全不同的。 研究认为,仅用线性波浪-结构相互作用理论不能很好地预测平台响应, 原因在于这些模型忽略了波浪之间的相互作用，必须采用二阶波浪-结构相互作用理论并考虑粘滞和波漂阻尼才能可靠地预测Spar平台的运动。

13、四、四、关键关键技术研究现状技术研究现状 2、垂荡、垂荡/纵摇运动不稳定性及控制技术纵摇运动不稳定性及控制技术 Spar平台的垂荡运动和纵摇运动是强烈的耦合运动,当纵摇固有频率等于2倍的垂荡固有频率时,极易发生耦合的不稳定运动,被称为不稳定区。在不稳定区,即使在小波浪条件下,纵纵摇运动摇运动也是不稳定。研究表明,加装螺旋板和垂荡板可以使不稳定区最小,虽然螺旋板和垂荡板不能改变垂荡和纵摇周期,但能够通过增大阻尼而使纵摇运动稳定、防止垂荡共振。因此,由于增大的粘滞阻尼,Truss Spar平台的运动稳定性优于Classic Spar平台。 在长周期波浪荷载作用下,Classic Spar平台可能产

14、生垂荡共垂荡共振振,壳体形状的变化可以有效地改变垂荡峰值响应周期,从而远离波浪卓越周期,而且,粘滞阻尼也可以进一步抑制垂荡共振。因此,可以通过改变壳体形状和增大阻尼来改变平台的垂荡固有频率,避免垂荡共振的发生。 3、涡激振荡、涡激振荡(VIM)及控制技术及控制技术 Spar平台是直立漂浮在水中的圆柱体,系泊系统提供其纵荡和横荡恢复力,因此,在海流的作用下,平台将发生涡激振荡涡激振荡(Vortex Induced Motion)。由于Spar平台的吃水深,流经壳体的流是非均匀的。Spar平台的涡激振荡是一个复杂的非线性问题，对其研究以及对控制方法的研究也是Spar平台研究的热点问题。 4、系泊系

15、统、系泊系统/立管系统的作用与影响立管系统的作用与影响 系泊系统提供Spar平台部分自由度的恢复力,随着水深的增加,系泊系统由悬链线锚链发展为半张紧式和张紧式系泊缆。Spar平台的立管系统也随水深的不同而有顶张力立管和钢悬链线立管等不同立管系统。顶张力立管位于Spar平台的中央井中,而钢悬链线立管悬挂在甲板外侧。因此,对平台的运动具有不同程度的影响。其影响也具有复杂的非线性，也是Spar平台研究的关键问题。 素有“第二个波斯湾”之称的南中国海被列为中国十大油气战略选区之一,数据显示,南海有含油气构造200多个,油气田180个。仅在曾母盆地、沙巴盆地、万安盆地的石油总储量就将近200亿t,据估计

16、,南海的石油总储量为230300亿t,开发潜力巨大。专家预测,南海油气资源可开发价值超过20万亿元人民币。在未来20年内只要开发30%,每年可为中国GDP增长贡献12个百分点。目前,国土资源部等有关部门已经在南海南部的14个主要盆地进行了油气资源评价。五中国南海应用前景分析五中国南海应用前景分析 南海的主要含油气构造位于5002000m水深的海域,而Spar平台适用的水深为6003000m,适合南海的深水开发。而且,Spar平台的运动稳定性好,其垂荡运动小可与张力腿平台媲美,其二阶慢漂运动远远小于半潜式平台,并且作为移动式平台灵活性好。此外,南海的海洋环境恶劣,台风频发,平台的动力稳定性显得尤为重要。国外的开发经验表明,半潜式平台和张力腿平台均有失稳倾覆的先例,唯有Spar平台还没有这样的先例。而且,南海的风浪周期和