梁祖贤船舶总体设计详细设计.pdf

海洋石油平台总体海洋石油平台总体设计方法研究设计方法研究梁祖贤Emil:Lzuxian海洋石油平台总体设计方法研究海洋石油平台总体设计方法研究一.概述二.组成部分三.设计方法四.建造工艺五.现场安装Email:Lzuxian一.概述海洋钻井平台（海洋钻井平台（drilling platformdrilling platform）是主要用于钻探井的海）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可分为：分为：（1 1）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台（2 2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台顺应塔式平台（3 3）Floating Production Storage&Offloading（浮式生产储浮式生产储存卸货装置存卸货装置）Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台坐底式平台坐底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式平台牵索式平台Email:Lzuxian移动式平台移动式平台坐底式平台坐底式平台坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等和海湾等30m以下的浅水域。坐底式平台有两个船以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础到海底基础(平坦及坚实程度平坦及坚实程度)的制约。所以这种平的制约。所以这种平台发展缓慢。台发展缓慢。Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台移动式平台自升式钻井平台自升式钻井平台自升式钻井平台又称甲板升降式或桩腿式平台。这种石油钻井装置在浮在水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少、造价低，在各种海况下都能平稳地进行钻井作业；缺点是桩腿长度有限，使它的工作水深受到限制，最大的工作水深约在120m左右。超过此水深，桩腿重量增加很快，同时拖航时桩腿升得很高，对平台稳性和桩腿强度都不利。自升式平台有自航、助航和非自航之分，但大多数为非自航。平台形状有三角形平台(三根桩腿)、矩形平台(一般为四根桩腿)和五角形平台(五根桩腿)等。为了在较深水域和环境恶劣的海况下工作时减少平台所受的力，最佳的自升式平台应是单桩腿平台。欧洲北海使用的自升式平台大都是此种单桩腿的自升式平台。Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台移动式平台钻井船钻井船钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。用。Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台半潜式平台半潜式钻井平台（SEMI）由坐底式平台发展而来，上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪影响小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达900-1200米。半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代的历程。据统计，目前世界范围内有深水自升式钻井平台65艘，大部分工作在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台张力腿式钻井平台张力腿式钻井平台（TLP）是利用绷紧状态下的锚索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。其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。自1954年提出设想以来，迄今已有55年的历史。Email:LzuxianEmail:Lzuxian移动式平台牵索式平台牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。埃克逊技术公司曾为欧洲北海350m水深的环境设计牵索塔，该塔具有面积为365m2的四方形剖面的塔式结构，整个长度的剖面都一样，其一端承载平台设备，另一端停放在称为桩腿筒的竖向承载基础上，有16根桩腿，另有108cm的钢缆24根作为导引索系统，每根钢缆通过旋转接头直到海底，分别与165t重的水泥块和14m长的桩连接拉紧。桩的分布半径约有1000m，油井导管穿过桩腿筒，整个系统可容纳30个油井导管。塔是顺应式的，能随波浪力的响应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使它始终保持垂直状态。设计时允许塔的倾斜度在2度以内。Email:LzuxianEmail:Lzuxian固定式平台固定式平台导管架式平台导管架式平台混凝土重力式平台混凝土重力式平台深水顺应塔式平台深水顺应塔式平台Email:Lzuxian固定式固定式导管导管架式平台架式平台固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用水深一般小于水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海米，通过打桩的方法固定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自1947年第一次被用在墨西哥湾年第一次被用在墨西哥湾6米水域以来，发米水域以来，发展十分迅速，到展十分迅速，到1978年，其工作水深达到年，其工作水深达到312米米，目前世界上大于，目前世界上大于300米水深的导管架平台有米水深的导管架平台有7座座。Email:LzuxianEmail:Lzuxian固定式混凝土重力式平台混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础(沉沉箱箱)，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约大重量，平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重座混凝土重力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大，对地力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大，对地基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降平台。平台。固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是打一枪换一个地方。打一枪换一个地方。Email:LzuxianEmail:Lzuxian（FPSO）Floating Production Storage&Offloading浮浮式生产储存卸货式生产储存卸货装置装置FPSO是英文是英文Floating Production Storage&Offloading的缩的缩写，中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理写，中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。资、高风险、高回报的海洋工程特点。FPSO俨然一座“海俨然一座“海上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。FPSO系统系统-作为作为海上油气生产设施，海上油气生产设施，FPSO系统主要由系泊系统、载体系统系统主要由系泊系统、载体系统、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。FPSO（浮式生产储油船）、（浮式生产储油船）、TLP（张力腿平台）、（张力腿平台）、SPAR是最主要的采油设备，其中，是最主要的采油设备，其中，TLP和和SPAR主要位于美国墨主要位于美国墨西哥湾，其余国家现在主要是西哥湾，其余国家现在主要是FPSO。Email:LzuxianEmail:Lzuxian海洋石油平台总体设计方法研究平台组成平台组成Email:Lzuxian平台组成固定式钻井平台（导管架平台组成）移动式钻井平台（半潜式平台组成）Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构：一般由承受作业机械（机器）和其它载荷的上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）上层平台：用作安放井架、绞车、钻具、生活设施和直升飞机升降台等；下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等；Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）基础结构（即下部结构）。包括导管架和桩。Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）基础结构基础结构导管架可事先在岸上预制好。用驳船运至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插入，并用打桩机打入海底一定深度。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）导管架导管架的作用的作用支承上部结构作为打桩定位和导向的工具将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上可安装系靠船的设备可作为安装上部结构时的临时工作平台Email:Lzuxian固定式钻井平台（导管架平台组成）桩桩的作用的作用用于承受平台的垂直重量及水平环境推力。桩可分为：支承桩磨擦桩桩Email:Lzuxian移动式钻井平台（半潜式平台组成）半潜式平台种类有多种，其主要差别在于水下浮体的式样和数目。按照下体式样，大体上可分为浮箱式和下体式两类。浮箱式一般将几根立柱布置在同一圆周上，每一根立柱下方设一个下体，称为浮箱。下体式一般分双下体和四下体两种，下体沿纵向对称地布置于平台的左右组成部分：平台主体立柱结构撑杆结构下船体结构锚泊系统Email:Lzuxian移动式钻井平台（半潜式平台组成）平台主体部分沉没于海面以下的钻井平台。它由平台甲板、立柱和下体(或沉箱)组成。平台甲板为钻井工作场所。立柱连接于平台甲板和下体之间，起支撑作用。下体控制平台沉没水下的深度。钻井作业时沉箱中注入压载水，使平台大部分沉没于水面以下，以减小波浪的扰动力。作业结束时，抽出沉箱中的压载水，平台上升，浮至水面进入自航或拖航状态。这种平台在钻井作业时还需要锚泊定位或动力定位，以增加其稳定性。它适宜在300-600m水深的海域钻井作业Email:Lzuxian