专利名称：一种管束式立柱平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及深水油气田平台，具体的说是一种管束式立柱平台。
背景技术：
目前国外的深水油气田开发主要采用Spar(立柱式平台)和TLP(张力腿平台) 作为生产平台，其中，Spar的适用水深更大。因此，我国南海的深水开发将主要采用Spar结 构。国外的Spar有三种结构形式Classic Spar (经典立柱平台)、Truss Spar (桁架立柱 平台)和Cell Spar (管束式立柱平台)，其中的Cell Spar是专为深水边际油田的开发而 设计的，Cell Spar采用三根长边柱作为连接段连接硬舱和软舱，在连接软硬舱的连接段设 有垂荡板，垂荡板水平设置，与连接段的三根长边柱焊接连接，中央井为圆形的中心柱，承 载比为48%。Cell Spar结构存在以下不足之处1、采用三根长边柱连接硬舱和软舱，结构自重大，有效承载比低，只有48%。2、垂荡板面积被连接硬舱和软舱的三根边柱占去了较大的面积，使垂荡板的有效 面积大大减小。
实用新型内容针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种管束式立柱平台， 目的之一是减小中间段的重量，从而减少用钢量，增大有效承载比；目的之二是增大垂荡板 面积，从而增加结构的垂荡阻尼。为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是一种管束式立柱平台，其特征在于底部为环形结构的软舱4，顶部为硬舱1，软舱4和硬舱1间通过中心柱2连接，所述中心柱2设有中空的内腔，内腔的直径按照容纳9根12英寸的刚性采油立管 6设计，所述硬舱1由六个与中心柱2相同直径的圆筒31组成，六个圆筒围绕中心柱2均 勻分布，在软舱4和硬舱1之间的中心柱中间段上设有三个水平设置的垂荡板3。在上述技术方案的基础上，硬舱1由水平舱壁11分隔成若干小的舱室12，并设有 可变压载舱13来调节平台的吃水和浮态，所述水平舱壁11为水密舱壁，可变压载舱13位 于硬仓1最下端，其外表面上设有导缆器8。在上述技术方案的基础上，软舱4沿径向分为12个小舱。在上述技术方案的基础上，硬舱1的顶面高于海平面，硬舱1的顶面上均勻分布有 四个用于将硬舱1与上部组块连接的连接孔21，连接孔21凹陷且密封的设置在硬舱顶部， 连接孔21内焊有底端封闭的圆管，供上部组块的立柱插入。在上述技术方案的基础上，刚性采油立管6上设有立管浮筒5，中心柱2的内腔中设有固定立管6的立管导向环7。在上述技术方案的基础上，垂荡板3沿圆周方向靠外侧设有一圈均勻分布的圆形 开孔，孔径为1625mm。本实用新型所述的管束式立柱平台，采用中心立柱替代三根长边柱的设计方案， 一方面减小了结构自重，提高结构的承载比；另一方面增大了垂荡板面积，从而增加了结构 的垂荡阻尼。
本实用新型有如下附图图1管束式立柱平台的结构示意图，图2管束式立柱平台的俯视示意图，图3图1的1-1剖视示意图，图4图1的2-2剖视示意图，图5图1的3-3剖视示意图，图6系泊系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型所述的管束式立柱平台(S-Cell Spar)的整体方案如图1 6所示， 硬舱和软舱采用中心柱连接，中间段的结构重量降低了 66%左右，垂荡板面积增加了 38% 左右，因而，垂荡阻尼有大幅度增大。具体设计说明如下1.主体结构如图1、3所示，S-Cell Spar的中心柱2按照容纳9根12英寸的刚性采油立管6 设计，硬舱1是由六个与中心柱2相同直径的圆筒31组成，六个圆筒31围绕中心柱2布置， 且硬舱1位于中心柱2的顶部。为了保证平台具有较好的抗沉性，如图1所示，硬舱由水平 舱壁11分隔成若干小的舱室12，并设有可变压载舱13来调节平台的吃水和浮态。垂荡板 3分为三层等间隔设置在中心柱2上。软舱4采用环形结构，如图5所示，软舱4沿径向分 为12个小舱。软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。计算表明，S-Cell Spar的有效承载比Cell Spar大10%，达到了 58%。具体的 计算过程如下平台主体结构的重量8171吨骨材的截面积如下纵骨截面积120X 25+425 X 12 = 0. 0081m2肋骨截面积150X25+575X12 = 0. 01065m2各构件用钢量如下纵骨体积0.0081 X (108 X 88+9 X 172+48 X 10+24X 10+48 X 9) = 98.85m30. 01065 X [253 X 8 n +73 X 8 n +48 X 9+26 ji X4+3X (12 JI +肋骨体积[0039]16 31 +20 31 +24 31) ] = 114. 08m3外围圆柱壁体积831 X88X0. 03X6 = 398. 10m3中央井壁体积8 31 XI72X0. 04 = 172.91m3隔舱壁体积:9X 10X0. 03X12 = 32. 4m3软舱水平舱和连接板壁体积31 X (132-42) X0. 04X 10 = 192. 27m3垂荡板体积31X (132-42) X0. 04X3 = 57. 68m3总用钢量:7850X(98. 85+114. 08+398. 10+172. 91+32. 4+192. 27+57. 68)= 8170t上部组块重量7000吨固定压载重4000吨平台有效承载比为7000+ 12170 = 58%2.硬舱S-Cell Spar平台与船舶类似，水平舱壁11为水密舱壁，将主体分隔成适当数量 的舱室12主要是考虑Spar平台的破舱稳性，使主体在一个舱室或数个舱室破损进水后仍 能保持一定的浮性和稳性。参考船舶舱室分布规范，本实用新型将S-Cell Spar平台的硬舱沿竖直高度分为 6个舱室，如图1所示。且最低端的舱室兼做可变压载舱13。可变压载舱13的外表面上设 有导缆器8，导缆器是引导锚链的滑轮，使锚链按指定位置通往锚机，参考图6可知，本实用 新型设置了十八(6X3= 18)个导缆器8。硬舱顶部设有四个平台主体与上部组块的连接孔21，如图2所示。连接孔21是 凹陷且密封的设置在硬舱顶部，连接孔21内焊有底端封闭的圆管，可插入上部组块的立柱 (上部组块图中未示出)。3.中央井(moonpool)S-Cell Spar的中央井由中心柱组成，因此，与连接硬舱和软舱的中间段形成一个 整体结构，便于制造。中央井内的刚性采油立管6采用环形布置，如图3所示。再请参考图 1，立管浮筒5为刚性采油立管6提供张力；立管导向环7约束刚性采油立管6的水平移动 或变形。4.垂荡板Spar平台通常配备刚性采油立管6，刚性采油立管6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 (1)增加结构吃水；(2)增加结构质量和附加质量。为了获得更大的有效承载能力，Spar 平台通常都要减少结构自身的质量，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(1)垂荡板数目及间距；(2) 板厚及骨材尺寸；(3)板的尺度及开口。Prislin的实验说明当L-D典型的形状比H/L在 0.70 0.75范围内时，每块板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
5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，如图4所示。本实用新型的垂荡板沿圆周方向靠外侧设有一圈均勻分布的 圆形开孔，孔径为1625mm。5.系泊系统系泊系统的主要作用是减小Spar的水平运动，但同时为保证系泊系统自身的强 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保持在相对固定的位置。当Spar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的漂移小于4%水深；当一根系泊 缆损坏时，Spar的漂移应小于6%水深。S-Cell Spar系泊系统采用张紧式系泊系统，即系泊力的垂直分量由系泊缆的张 力提供。该系泊系统由18根系泊缆组成，分成6组对称布置，每组3根系泊缆，两组系泊缆 间的夹角为60度，如图6所示。单根系泊缆下桩点距Spar的水平距离为1430m，导缆器距 海底为1430m，系泊缆总长为2022m。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。本发明与现有技术相比具有如下优点1、减小结构自重，提高结构有效承载比深水浮式平台的自重是影响平台承载比，增加结构成本的主要因素，本设计旨在 在原有Cell Spar的基础上，减少结构构件的数量，降低结构自重，从而达到降低成本、提高 承载比的目的。2、增加垂荡板面积，提高垂荡阻尼Cell Spar的垂荡板是一个不包括三根边柱截面积的圆环，而本发明采用中心柱 连接硬舱和软舱，使垂荡板面积增大，从而增大了结构的垂荡阻尼。3、与Cell Spar相比，其中间段的重量减小了 66%左右，从而提高了结构的承载 比，降低了结构成本。4、与Cell Spar相比，本设计充分利用了垂荡板上的中央井面积，将三根穿过垂荡 板的边柱面积全部释放出来，使垂荡板面积增大了 38%，从而增大了结构的垂荡阻尼，改善 了结构的动力稳定性。本实用新型所述的管束式立柱平台(S-Cell Spar)是为进一步提高Spar平台承 载比而设计的一种改进的Cell Spar平台，该设计吸收了国外现有Cell Spar结构的深吃 水特点，在结构上进行了适当的改进，使得S-Cell Spar的综合性能更适合我国南海深水边 际油田的应用。
权利要求一种管束式立柱平台，其特征在于底部为环形结构的软舱(4)，顶部为硬舱(1)，软舱(4)和硬舱(1)间通过中心柱(2)连接，所述中心柱(2)设有中空的内腔，内腔的直径按照容纳9根12英寸的刚性采油立管(6)设计，所述硬舱(1)由六个与中心柱(2)相同直径的圆筒(31)组成，六个圆筒围绕中心柱(2)均匀分布，在软舱(4)和硬舱(1)之间的中心柱中间段上设有三个水平设置的垂荡板(3)。
2.如权利要求1所述的管束式立柱平台，其特征在于硬舱⑴由水平舱壁(11)分 隔成若干小的舱室(12)，并设有可变压载舱(13)来调节平台的吃水和浮态，所述水平舱壁 (11)为水密舱壁，可变压载舱(13)位于硬仓(1)最下端，其外表面上设有导缆器(8)。
3.如权利要求1所述的管束式立柱平台，其特征在于软舱(4)沿径向分为12个小舱。
4.如权利要求1所述的管束式立柱平台，其特征在于硬舱(1)的顶面高于海平面， 硬舱(1)的顶面上均勻分布有四个用于将硬舱(1)与上部组块连接的连接孔(21)，连接孔 (21)凹陷且密封的设置在硬舱顶部，连接孔(21)内焊有底端封闭的圆管，供上部组块的立 柱插入。
5.如权利要求1所述的管束式立柱平台，其特征在于刚性采油立管(6)上设有立管 浮筒(5)，中心柱⑵的内腔中设有固定立管(6)的立管导向环(7)。
6.如权利要求1所述的管束式立柱平台，其特征在于垂荡板(3)沿圆周方向靠外侧 设有一圈均勻分布的圆形开孔，孔径为1625mm。
专利摘要一种管束式立柱平台，涉及深水油气田平台，底部为环形结构的软舱(4)，顶部为硬舱(1)，软舱(4)和硬舱(1)间通过中心柱(2)连接，所述中心柱(2)设有中空的内腔，内腔的直径按照容纳9根12英寸的刚性采油立管(6)设计，内腔中设有立管导向环(7)，所述硬舱(1)由六个与中心柱(2)相同直径的圆筒(31)组成，六个圆筒围绕中心柱(2)均匀分布，在软舱(4)和硬舱(1)之间的中心柱中间段上设有三个水平设置的垂荡板(3)。本实用新型所述的管束式立柱平台，采用中心立柱替代三根长边柱的设计方案，一方面减小了结构自重，提高结构的承载比；另一方面增大了垂荡板面积，从而增加了结构的垂荡阻尼。
文档编号B63B35/44GK201580543SQ20092027092
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者上官丽红, 于卫红, 徐阳光, 黄维平 申请人:中国海洋大学