一种可设置宽浮箱的张力腿平台的制作方法

本发明涉及一种张力腿平台，属于海洋工程领域，尤其涉及一种可设置宽浮箱的张力腿平台。

背景技术：

张力腿平台是一种典型的深水浮式平台，简称TLP(Tension Leg Platform)，一般由上部组块、下浮体、张力腿系统、底部基础等四部分组成。张力腿平台通过下浮体的剩余浮力为张力腿提供足够的预张力，使张力腿时刻处于受拉的绷紧状态，从而使平台在平面外的运动(横摇、纵摇、垂荡)近于刚性，而平面内的运动(横荡、纵荡、艏摇)则显示出柔性，成为一种垂直系泊的半顺应式平台。由于张力腿平台在各个自由度上的运动固有频率都远离常见的波浪能量集中频带，具有良好的耐波性能，自上世纪90年代首座TLP实施以来获得了很大的发展，现已成为海上油气田开发当中的一种重要的平台结构型式。

根据下浮体结构形式的不同，现有张力腿平台主要可分为四种类型：

第一种：传统式张力腿平台(简称：CTLP)，其下浮体由四个立柱、四个底部方形浮箱构成，立柱位于下浮体最外沿的四个角上，一般为圆形或方形截面，与底部方形浮箱之间直接对接。张力腿系统安装在立柱底部的外沿。由于圆形立柱在水动力性能、结构受力性能、节省钢料重量等方面较方形立柱有明显优势，现有CTLP全部采用了圆形立柱。但圆形立柱在与底部方形浮箱的连接方面，结构形式与建造方面均不如方形立柱方便，而且底部浮箱不宜设计得过宽，否则相邻两个浮箱内侧的外板会过份接近，给结构连接带来困难，通常CTLP的浮箱宽度不超过0.6倍的立柱直径。较窄的底部浮箱会导致张力腿平台在整体建造的情况下，因底部浮力不足而面临自浮吃水过大的问题。因而在建造码头或航道水深受限的情况下，传统式张力腿平台不得不采用上部组块与下浮体分开建造，然后再到海上进行对接安装的方法，或在整体建造的情况下借助临时浮箱进行下水或拖航。海上对接安装离不开大型海上安装工程船舶，海上联合调试的成本也远高于坞内或码头调试，这均将增加张力腿平台的投资成本；采用借助临时浮箱的方式进行下水同样面临建造临时浮箱带来的成本增加问题，同时，临时浮箱与平台的连接与快速拆除的可靠性也存在额外的技术风险；

第二种：延伸式张力腿平台(简称：ETLP)，不同于传统式张力腿平台，延伸式张力腿平台的立柱不再位于平台下浮体的最外沿，其在下浮体底部的每一个边角上都有一部分水下浮箱向外延伸形成悬臂梁结构，各悬臂梁的端部安装张力腿系统，这是延伸式张力腿平台区别于传统类型张力腿平台最显著的特点。如果ETLP采用圆形立柱，则同样会面临底部浮箱不宜设计得过宽、自浮吃水过大的问题。但如果采用方形立柱，平台在位性能又会受到影响。同时，由于ETLP的立柱较CTLP的立柱更加靠近下浮体的中央，相同水线面面积的情况下，ETLP的稳性不及CTLP，通常在湿拖运输过程中不得不借助临时浮箱以改善稳性；

第三种：海之星张力腿平台(SeaStar TLP)，该型TLP的下浮体采用了独特的中央柱单柱式设计，中央柱穿过水面，上端通过导管架结构支撑着上部组块，下端在水平方向上向外延伸出夹角互为120°的三个矩形截面的浮箱，形成辐射状悬臂梁结构，且浮箱的末端截面也逐渐缩小，其端部与张力腿系统相连接。该型平台由于仅有一个立柱，水线面面积有限，往往适用于组块吨位较小的小型张力腿平台。同时，该型平台因稳性不足而不得不采用分体建造、海上对接组装的建造安装方式；

第四种MOSES系列张力腿平台。MOSESTLP是“最小化深海水面设备结构”(MinimumOffshore Surface Equipment Structure)的简称。该型平台的下浮体由四个立柱与底部基座组成，底部基座中央为一正方体，每条棱沿对角线向外延伸形成悬臂梁结构，悬臂梁末端截面逐渐缩小，张力腿系统就连接在这四条悬臂梁的端部。立柱与基座连为一体，分别坐落在基座中央立方体顶面的四个边角上。相比ETLP，MOSESTLP的立柱间距更小，立柱水线面面积更小。与SeaStar TLP类似，由于自浮稳性不足，MOSESTLP在建造、安装方面也同样存在不得不采用分体建造、海上对接组装的建造安装方式的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述问题，而提供一种可设置宽浮箱的张力腿平台—WTLP，因其在TLP平台常用的圆形立柱与方形浮箱间采用了“方转圆”的过渡段连接结构，从而可以在采用圆形立柱以保障平台在位性能的基础上，将浮箱设计得更宽而增加底部浮力并改善自浮稳性，有利于在码头或航道水深受限的建造场地实现上部组块与下浮体的整体建造，并可采用湿拖的运输方式，同时宽浮箱的设计也有助于将浮箱设计得更薄，从而有利于减小平台在位时所受到的流载荷，进而改善TLP平台的在位性能，有效提高张力腿平台的可实施性、安全性及综合经济效益。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

构造一种可设置宽浮箱的张力腿平台—WTLP，设有：上部组块、下浮体、张力腿系统及底部基础等四大部分。立柱设在上部组块下侧并支撑上部组块，上部组块可用于布置各种生产工艺设施、钻井设施、生活设施及直升飞机平台等；下浮体用于提供大于平台自身重量的浮力以支持整个平台，同时确保底部张力腿拥有足够的预张力；下浮体底部角点上各设有若干张力腿与底部基础相连，对平台提供向下的拉力以固定平台。立柱优选地呈轴对称分布。

下浮体由四个圆形立柱、底部方形浮箱、以及下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段组成，每一浮箱连接相邻两个连接过渡段；下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段，其上端呈圆形并与圆形立柱的下端对接，下端与浮箱相连的两侧为平边，分别与两个浮箱对接，该连接过渡段的两侧从浮箱上表面的高度至过渡段的顶部为“方转圆”的凸台结构，连接过渡段的外侧与上部圆形立柱平齐；

张力腿的上部连接在下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段的外侧。

此外，本发明的目的也可以是由以下技术方案实现的：

构造一种可设置宽浮箱的张力腿平台，包括上部组块、下浮体、张力腿系统及底部基础等四大部分；立柱设在上部组块下侧并支撑上部组块，下浮体底部角点上各设有若干张力腿与底部基础相连，对平台提供向下的拉力以固定平台。

优选地，下浮体由四个圆形立柱、底部方形浮箱、以及下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段组成。

优选地，立柱呈轴对称分布。

优选地，每一浮箱连接相邻两个连接过渡段。

优选地，浮箱的长度大于连接过渡段的宽度。

优选地，下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段，其上端呈圆形并与圆形立柱的下端对接，下端与浮箱相连的两侧为平边，分别与两个浮箱对接，该连接过渡段的两侧从浮箱上表面的高度至过渡段的顶部为“方转圆”的凸台结构，连接过渡段的外侧与上部圆形立柱平齐。

优选地，张力腿的上部连接在下浮体底部四个角点处用于连接立柱与浮箱的连接过渡段的外侧。

本发明的有益效果：

⑴宽浮箱的设计可以有效增加底部浮力，减小平台的自浮吃水，从而有利于在码头或航道水深受限的建造场地实现上部组块与下浮体的整体建造与联合调试；

⑵WTLP平台具有足够的自浮稳性，可以采用湿拖的方式进行运输，有效节省运输船舶或临时浮箱的投资成本，安全性能及可靠性更高；

⑶WTLP平台采用圆形立柱，其水动力性能、结构受力、等效钢材利用率等方面全面优于采用方形立柱的张力腿平台，有效增强平台在位时的总体性能，有助于降低平台重量，节省钢材；

⑷宽浮箱的设计有助于将浮箱设计得更薄，从而有利于减小平台在位时所受到的流载荷，同时宽浮箱的设计也有助于增加平台垂荡运动的阻尼，进而改善TLP平台的在位性能；可见，本发明突破了现有张力腿平台的诸多局限，有效地提高了张力腿平台在建造、运输、安装过程中的安全与可靠性能，增强了张力腿平台的可实施性，同时一定程度上改善了张力腿平台的在位性能，有效提升张力腿平台的综合经济效益。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明侧视示意图。

图2a为本发明下浮体的俯视示意图。

图2b为图2a中A-A位置的剖视图。

图2c为图2a中B-B位置的剖视图。

图3为本发明下浮体的三维效果示意图。

图中主要标号说明：1.上部组块、2.立柱、3.连接过渡段、4.浮箱、5.张力腿系统、6.底部基础、7.中央阱壁、8.水平分隔甲板、9.垂向舱壁、10.径向舱壁。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。在本发明的可设置宽浮箱的张力腿平台—WTLP的描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”等术语仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明一优选实施例中的可设置宽浮箱的张力腿平台—WTLP设有：上部组块1、下浮体、张力腿系统5及底部基础6等四大部分。上部组块1可用于布置各种生产工艺设施、钻井设施、生活设施及直升飞机平台等；下浮体由四个立柱2、四个底部浮箱4、以及用于连接立柱与浮箱的连接过渡段3构成，用于提供大于平台自身重量的浮力以支持整个平台，同时确保位于下浮体底部四角的张力腿系统5拥有足够的预张力；优选地，所述立柱呈轴对称分布，以使该可设置宽浮箱的张力腿平台更稳定。立柱2为圆形截面，内部可通过中央阱壁7、若干水平分隔甲板8分隔成压载舱、空舱、机械处所、中央管隧通道等部分；浮箱4的横截面为方形，内部通过垂向舱壁9分隔成压载舱、空舱等处所；连接过渡段3，其上端呈圆形并与圆形立柱2对接，下端与浮箱4相连的两侧为平边，分别与两个浮箱4对接，该连接过渡段的两侧从浮箱上表面的高度至过渡段的顶部为“方转圆”的凸台结构，连接过渡段的外侧与上部圆形立柱2平齐，中央阱壁7自上部立柱2的内部向下延伸至连接过渡段3的底部，连接过渡段3的内部设置四道径向舱壁10将浮箱4的两侧外板径向连接到中央阱壁7上；下浮体底部的四个角点上各设有若干张力腿系统5与位于海底的底部基础6相连，对平台提供向下的拉力以固定平台，底部基础6可以采用桩基础、吸力锚或重力式基础等多种形式。

所述浮箱的长度大于所述连接过渡段的宽度，这样可以有效增加底部浮力，减小平台的自浮吃水，从而有利于在码头或航道水深受限的建造场地实现上部组块与下浮体的整体建造与联合调试。

本发明所涉及的张力腿平台主要用于对海上油气田开发、研究与生活支持等海上活动提供平台支持，经陆地建造、海上运输、海上安装后永久固定于预定场地。建造、运输、安装方式、以及平台的在位时的总体性能对于张力腿平台的设计有着重要的影响。本发明所涉及的张力腿平台，因采用了创新的“方转圆”连接过渡段，从而可以在采用圆形立柱以保障平台在位性能的基础上，将底部浮箱设计得更宽，可有效降低平台的自浮吃水并改善湿拖稳性，有助于在建造码头或航道水深受限的情况下采用上部组块及下浮体整体建造的方法，并可采用湿拖的方法进行海上运输，从而不依赖于设置临时浮箱或相关工程船舶，提高了张力腿平台的可实施性及安全可靠性，并节省投资。另外宽浮箱的设计可以获得更大的垂荡阻尼，同时也有助于将浮箱设计得更薄以减小平台在位时所受到的流载荷，进一步改善了平台的在位总体性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。