专利名称：一种新型海洋深水浮筒平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋工作平台，具体为一种新型海洋深水浮筒平台。
背景技术：
目前的深水油气田开发主要采用海洋深水浮筒平台(Spar平台)或张力腿 平台(TLP平台)作为生产平台，其中，Spar平台的适用水深更大，应用更为广 泛。Spar平台属于顺应式平台的范畴，被广泛应用于人类开发深海的事业中， 担负着钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，成为当今世 界深海石油开采的有力工具。Spar平台主体可分为几个部分，有的部分为全封 闭式结构，有的部分为开放式结构，中心处开有中央井，中央井内装有独立的 立管浮筒，具有良好的灵活性。
现有的Spar平台主要有三种结构形式Classic Spar、 Truss Spar和Cel 1
Spar。 Classic Spar采用了整体圓柱壳和方形中央井结构，平台自重较大，承
载比较低， 一般为35%左右。Truss Spar采用桁架结构连接软舱和方形中央井
结构，使结构重量有所降低，且增设了垂荡板，整体动力性能优于Classic Spar,
但由于软硬舱非封闭式连接，使得提供立管顶张力的浮筒长度受到限制，以至
于为了增大浮力而不得不采用铝合金浮筒，增加了结构成本。Cell Spar采用多
个小直径圆筒连接而成，中央井直径较小，因此，可容纳的立管数量较少，主
要用于深水边际油田的开发。Classic Spar和Truss Spar是深水开发的主流平 台
我国南海深水油气田的最大水深可达3000ra,环境条件不同于国外其它 深水油气田，如墨西哥湾、坎普斯湾等，其突出特点是内波。目前国外的深 水油气田都没有发现内波，只有印度的Andaman群岛和中国南海乂见察到了内 波。内波位于海面以下100m 200m水深，Spar平台的專欠石更舱连4妻-敬正处于内 波作用区^i，因此，Classic Spar不适合我国南海。Truss Spar采用桁架结 构连接软硬舱，使用水深受到一定的限制，也很难在南海地区发挥优势。
发明内容
本发明的目的在于针对我国南海地区水域深度大，且存在内波的情况，提 供一种承载能力强、结构成本低，适用于深海作业的新型海洋深水浮筒平台。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下 一种新型海洋深水浮筒平 台，包括用于作业的平台甲板，平台曱板下方连接硬舱，硬舱外壁连接有多根 系泊缆，系泊缆的另一端与海底的锚基连接，硬舱下方设有软舱，其特点是， 硬抢与软舱之间通过中央井进行连接，中央井外纵向设有多层垂荡板，多根采 油立管穿过中央井直至海底井口。
进一步，如上所述的新型海洋深水浮筒平台，其中，所述的硬艙沿竖直高 度分为多层结构，每层在水平面内对称分为多个舱室。
进一步，如上所述的新型海洋深水浮筒平台，其中，所述的中央井为圓柱 形结构，贯穿至硬舱和软舱内，与硬抢和软舱进行刚性连接；所述的垂荡板分 为数层水平设置于圓形中央井壁中间段的外侧。
更进一步，所述的垂荡板为圓环形结构，沿周向对称开有若干个方孔。
进一步，如上所述的新型海洋深水浮筒平台，其中，所述的软舱包括上下 两层，分别为临时浮舱和固定压载舱，每层在水平面内对称分为多个舱室。
进一步，如上所述的新型海洋深水浮筒平台，其中，所述的系泊缆由锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成，每四根系泊缆为一组，硬舱外共连接四组系泊缆； 每组系泊缆的一端与海底的锚基连接，另一端穿过导缆器与设置在硬舱外的张 紧器相连。
进一步，如上所述的新型海洋深水浮筒平台，其中，所述的采油立管冲艮据 海底井口布局设计，当海底井口成矩阵布置，则釆油立管也布置成矩阵的形式； 当海底井口呈圓周布置，则采油立管沿圓形中央井周向布置。
4本发明的有益效果如下
(1) 我国南海水域内波流速可达lm/s，位于100m-200m水深，Spar平台 的吃水一4殳为150-180m,为了减小内波荷载，本发明采用了中央井连接硬舱和 软抢的方案，其拖曳力和升力荷载远远小于Classic Spar平台，从而减小了 Spar 平台的纵荡和涡激运动(VIM)。
(2) Spar平台采用空气罐纟是供顶张式立管的顶张力，随着水深的增加，立 管的重量增大，所需的顶张力增大，因此，需要较长的空气罐来提供足够的顶 张力。本发明的空气罐长度可达150m,远远大于Truss Spar平台。
(3) Spar平台的最大缺点是大幅度的垂荡运动引起的纵摇不稳定，因为， Spar平台的垂荡和纵摇运动是强烈地耦合在一起的，使得过大的垂荡能量转化 为纵摇能量，本发明由于增加了垂荡板，其垂荡阻尼远远大于Classic Spar平 台，降低了 Spar平台的垂荡运动响应，改善了垂荡与纵摇运动耦合引起的纵摇 不稳定性。另外，垂荡板釆用了方形开孔结构，在相同开孔面积下，其周长更 大，从而阻尼效果更好。
(4) 本发明采用了圆形中央井结构，其刚度远远大于方形中央井结构，因 此，其井壁的钢板厚度和骨架的型钢尺寸均相应减小，从而减小了用钢量，降 低了 Spar平台的重量，提高了 Spar平台的承载比。
图1为本发明的结构示意图2为石更舱平面布置示意图3为采油立管的矩阵形式布置示意图4为垂荡板的结构示意图5为系泊缆的布置原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进一步进行描述。
本发明所提供的新型海洋深水浮筒平台(以下筒称S-Spar)是针对我国南 海深水油气田开发而设计的一种新型Spar平台，该发明吸收了国外现有Spar平台结构的深吃水特点，在结构上做出了重大改进，使得S-Spar的综合性能更 适合我国南海深水油气田的应用。
S-Spar的整体方案如图1所示，设计方案中，平台甲板1下方的硬抢2和 软舱4直接釆用圓柱形中央井3进行刚性连接，因此，中间段的直径小，因而， 水动力荷载小。为了增大垂荡阻尼，在中央井3的外壁增设了三层垂荡板5。
S-Spar按照容纳16根12英寸的刚性采油立管设计，硬舱2是由圓柱形外 壁和圓柱形中央井3的井壁围成的密闭结构，提供整个平台的浮力。为了保证 平台具有较好的抗沉性，内部由水平舱壁和竖直舱壁分隔成许多小的舱室，并 设有可变压载舱来调节平台的吃水和浮态。参考船舶抢室分布规范，将S-Spar 平台的硬舱沿竖直高度分为7个般室。由于靠近水面的舱室容易发生撞击损坏， 所以舱的长度相对小一些，并设有双层防水壁。水平面内分般也是为了提高主 体的抗沉性，将S-Spar平台在水平面内对称分为12个舱室，如图2所示。
软抢4的结构同硬抢2类似，包含了临时浮舱和固定压载舱。压载舱的作 用是保证平台在扶正过程中有足够的回复力矩和降低结构中心，以满足结构的 初稳性要求。软舱的特征为本领域的公知技术，此处不再过多描述。
中段的圆柱形中央井壁提供硬舱2和软舱4的刚性连接，垂荡板5分为数 层水平设置于圆形中央井壁外侧，本实施例中选用三层垂荡板5，当然也可以根 据需要增加或减少层数。圓形中央井一方面增大了中央井的刚度，同时也便于 顶张式采油立管8的布置，采油立管8外设置立管浮筒7。如果海底井口成矩阵 布置，则中央井3内的顶张式采油立管8也布置成矩阵的形式，如图3所示。 为了防止立管干涉，有时海底井口呈圓周布置，则顶张式采油立管也可以沿 S-Spar的圆形中央井周向布置。
Spar平台通常配备刚性立管，立管和其他生产设备对平台的垂荡运动性能 要求很严格。为了避免平台与波浪产生共振，使平台拥有良好的运动性能，通 常应使平台的垂荡固有周期远大'于波浪周期。增加Spar垂荡固有周期的方法通 常有两种(l)增加结构吃水；(2)增加结构质量和附加质量。为了获得更多的 有效载荷，Spar平台通常都要減少结构本身的质量，所以通常采用增加结构吃 水和附加质量的方法来增大Spar垂荡固有周期。垂荡板可以增加主体的垂向附加质量，并提供附加阻尼。目前垂荡板的研
究仍是一个难题，现有研究成果得出影响垂荡板性能的主要因素为(l)垂荡板 数目及间距；(2)板厚及骨材尺寸；':3)板的尺度及开口。 Prisl in的实验说明 当L一D典型的形状比H/L在0.70 - 0. 75范围内时，每块才反的附加质量为单板 时的85%~95%。 Troesch的实验证明当板厚超过宽度的1/50时，阻尼效果 将会显著降低。由此可确定垂荡板的间距和厚度及垂荡板尺寸。在垂荡板上适 当开孔，将会增加板与水接触的周长，产生更多的漩涡脱落，从而提高阻尼效 果。面积相同的圆孔和方孔，方孔的周长较大，所以本发明选择正方形开孔9， 如图4所示。
Spar平台一般通过系泊系统减小水平运动，但同时为保证系泊系统本身的 强度，又不宜产生过大的约束力。系泊系统的设计原则是在最小运动和最大 系泊力之间寻求平衡，选择系统最适宜的刚度。
系泊系统利用系泊缆的张力将Spar平台保持在相对固定的位置。当Spar
平台受到环境荷载作用而运动时，引起系泊缆中张力发生变化。张力的水平分 量与结构位移间的比值即为系泊系统的系泊刚度。对于完整的系泊系统，要求
Spar平台的漂移小于4%水深；当一根系泊缆损坏时，Spar平台的漂移应小于
6%水深。
S-Spar系泊系统采用半张紧式系泊系统，即系泊力的垂直分量不仅仅靠系 泊缆的重力平衡，而由海底锚基提供部分垂荡复原力。该系泊系统由16根系泊 缆组成，分成4组对称布置，如图5所示。单根系泊缆下桩点距S-Spar的水平 距离为2507m，导缆器距海底为1440米，系泊缆总长为2514米。每根系泊缆由 锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成，组合缆的一端与海底的锚基连接。另一端穿 过导缆器与设置在硬抢外的张紧器相连，通过调节张紧器来改变系泊缆的张力， 使系泊系统的刚度达到设计要求。导缆器和张紧器的结构为本领域的公知技术， 此处不再过多描述。
本发明与现有技术相比具有如下优点
(1)与Classic Spar相比，S-Spar的中间段的尺寸大大减小，从而减小 了水动力荷载，改善了结构的受力条件，可以降低系泊系统的刚度和强度设计标准，降低系统总成本。
(2) 与Classic Spar相比，由于S-Spar整体结构的直径变化，^吏得涡泄 频率沿水深变化，乂人而减小了涡激运动(VIM)的运动响应。
(3) 与Classic Spar相比，S-Spar中间段直径减少，可以增设垂荡板， 从而增大结构的垂荡阻尼，降低Spar的垂荡运动响应，改善垂荡与纵摇运动耦 合引起的纵摇不稳定性。
(4) 与ClassicSpar相比，S-Spar结构自重降4氐，/人而^是高了 Spar的有 效承载率12个百分点(Classic Spar的有效承载比一般为35%左右，而S-Spar 有效承载比达到了 47. 3%)。
(5) 与Truss Spar相比，由于S-Spar中间段采用壳结构，使得浮筒的长 度可以大大增加，为顶张式采油立管提供更大的顶张力，从而能够适用更大的 水深条件。
(6) 与Truss Spar相比，S-Spar垂荡寺反采用了方形开孔结构，在相同开 孔面积下，其周长更大，从而阻尼效果更好。
考虑到在此公开的对本发明的描述和特殊的实施例，本发明的其他实施例 对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这些说明和实施例仅作为例子来考 虑，它们都属于由所附权利要求所指示的本发明的保护范围和精神之内。
权利要求
1. 一种新型海洋深水浮筒平台，包括用于作业的平台甲板(1)，平台甲板(1)下方连接硬舱(2)，硬舱(2)外壁连接有多根系泊缆(6)，系泊缆(6)的另一端与海底的锚基连接，硬舱(2)下方设有软舱(4)，其特征在于硬舱(2)与软舱(4)之间通过中央井(3)进行连接，中央井(3)外纵向设有多层垂荡板(5)，多根采油立管(8)穿过中央井(3)直至海底井口。
2. 如权利要求1所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于所述的中央井(3 )为圓柱形结构，贯穿至硬舱(2 )和软舱(4 )内，与硬舱和软舱进行刚性连接；所述的垂荡板(5)分为数层水平设置于圆形中央井壁中间段的外侧。
3. 如权利要求2所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于所述的垂荡板(5 )为圓环形结构，沿周向对称开有若干个孔(9 )。
4. 如权利要求3所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于垂荡板上所开的孔(9)为正方形孔。
5. 如权利要求1-4中一项所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于所述的硬抢(2)沿竖直高度分为多层结构，每层在水平面内对称分为多个舱室。
6. 如权利要求1-4中一项所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于所述的软抢(4)包括上下两层，分别为临时浮舱和固定压载舱，每层在水平面内对称分为多个艙室。
7. 如权利要求1-4中一项所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于所述的系泊缆(6)由锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成。
8. 如权利要求7所述的新型海洋深水浮筒平台，其特征在于每四根系泊缆为一組，硬舱外共连接四组系泊缆；每组系泊缆的一端与海底的锚基连接，另一端穿过导缆器与设置在硬舱外的张紧器相连。
9. 如^L利要求1-4中一项所述的新型海洋深水浮筒平台，其特;f正在于所述的采油立管(8)根据海底井口布局设计，当海底井口成矩阵布置，则采油立管也布置成矩阵的形式；当海底井口呈圓周布置，则采油立管沿圓形中央井周向布置。
全文摘要
本发明涉及一种海洋工作平台，具体为一种新型海洋深水浮筒平台。其结构包括用于作业的平台甲板，平台甲板下方连接硬舱，硬舱外壁连接有多根系泊缆，系泊缆的另一端与海底的锚基连接，硬舱下方设有软舱，硬舱与软舱之间通过圆柱形中央井进行连接，中央井外纵向设有多层垂荡板，垂荡板沿周向对称开有若干个方孔，多根采油立管穿过中央井直至海底井口。本发明与现有Spar平台相比承载能力强、结构成本低，适用于存在内波的深海水域作业。
文档编号B63B35/44GK101475048SQ20091000166
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者上官丽红, 于卫红, 黄维平 申请人:中国海洋大学