一种多柱体集成型单柱式平台的制作方法

本发明涉及一种适用于深海油气开发并采用集成型多柱体设计的单柱式平台。

背景技术：
：

深海自然环境十分复杂，油气勘探开发的技术难度大，施工难度高，维护费时费力、风险高。与固定平台相比，浮式平台能够更好地解决技术性和经济性之间的矛盾，总体性能也相对较优异，是深海水域的理想作业平台。

目前,世界范围内所采用的浮式平台形式共分为四类：张力腿平台、半潜式平台、单柱式平台以及浮式生产储油系统。其中张力腿平台在水深超过一千米后，建造成本大幅上升，经济性较差，而半潜式平台与浮式生产储油系统大多又只能适用湿式采油树，维护成本过高，利润较低。综合比较，总体性能优越，维护成本较低的单柱式平台是深海油气开发中的广泛使用和重点研究的平台结构形式。

第一代传统单柱式平台(Classic Spar)主体是一个直径很大、吃水较大的具有结构外形规则的浮式圆柱结构，具备一定的储油能力。虽然运动性能良好，但是主体结构庞大，建造难度较大，有效载荷相对较小，且成本很高。

桁架式单柱平台(Truss Spar)是从第一代单柱式平台演化而来，其主要特点是中段为桁架结构。桁架是一个X型支柱的空间梁结构，在结构上与传统导管架相似。这种设计可以显著降低平台结构的用钢量，提高经济性，降低平台侧向的波浪荷载作用与系泊张力。此外，桁架结构中间往往会设置多个垂荡板，进一步改善平台的垂荡运动性能。然而，中间桁架结构的设计也使得改平台形式丧失了储油能力，且水下的桁架结构维修难度较大。

由于传统单柱式平台和桁架式单柱平台的主体部分都包含大直径的圆柱体，对建造工艺的要求很高。因此，近年来又提出了多柱体单柱式平台(Cell Spar)。同现有的单柱式平台相比，其最大优点在于降低了建造难度，经济性较好。这种新型单柱式平台的壳体由一束多根直径较小的圆柱体组成，称为Cell，并利用很多间隙处的水平和垂直结构单元连接起来。平台下部将外圆柱中的三个延伸到底部构成圆柱腿。压载舱包含在这些圆柱腿的底部，从而确保平台具有足够的稳性。

技术实现要素：
：

本发明的目的是提供一种造价小易于施工的适用于深海油气开发的多柱体单柱式平台。技术方案如下：

一种多柱体集成型单柱式平台，通过支撑结构与上部结构1相连，包括中心主体立柱2与排布在其外侧的多根外围小尺寸立柱3，中心主体立柱2自上而下设置有多个舱室，外围小尺寸立柱3内也设置有多个舱室，在中心主体立柱2内设置有多根与上部结构1相连的顶张紧式立管4。

优选地，在多根外围小尺寸立柱3的周边设置有环形支护结构7，在环形支护结构7外沿垂直方向螺旋式固定有流激振抑制装置5。每相距一段间隔在中心主体立柱2柱体龙骨处固定有垂荡板6。平台中心主体立柱的位于上部的舱室为平台提供主要浮力，位于中部的舱室承载可调节压载水，位于下部的舱室用于固定压载和原油储藏和其他生产作业功能。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提出的深水平台形式不仅适用于中国南海深水油气田的开发，而且该平台可实现包括钻井、完井、生产(干湿井)、井口服务等功能。该平台还同时具有原油直接外输能力与储油能力，灵活多功能。

(2)在相同载重吃水的情况下下，多柱体集成型单柱式平台的尺寸更小、重量更轻，在中心主体立柱内设置的顶张紧式立管和垂荡板可使其避免遭遇海洋波浪流载荷冲击。

(3)在相同海况下，该平台与传统单柱式平台相比总体性能也更为出色，平台各自由度的整体运动幅度都更小，安装立管的升沉幅值更小，系泊载荷更小，平台运动性能更为出色。同时平台垂向运动的幅度足够小，可以适用顶张紧式立管(TTR)与钢悬链式立管(SCR)。

(4)该平台所组成的8根小尺寸立柱比传统单柱式平台的主体立柱要更易于生产。每根立柱都可以通过轧制圆筒的拼接即可完成其备制。制造过程简单，设备要求常规(圈板和焊接)，可标准化生产。同时采用流水线舾装，高效省时，大大减少油气田开发前期耗时。

(5)该平台主要组成结构，小尺寸圆柱制造过程中圆筒的轧制与焊接工艺与导管架平台相类似，建造场地选取灵活，可在平地或船坞内生产，便于选址就近设立建造基地，大幅降低运输风险与建造总花费。

(6)平台上部结构可用经济省时，技术成熟的浮托法进行安装。与传统单柱式平台相比该平台设计中避免采用大尺寸圆柱体，制造成本更低；每根小尺寸立柱又可以同时进行轧制与焊接，建造周期更短。因此该平台属于低投入，低风险的平台类型，经济回报更高，适用的油田范围更加广泛。

(7)该平台配备有优化涡流激振(VIM)的减振设施，能够从最大程度上减小平台运动，提供更好的作业条件，极大地有利于平台结构自生疲劳寿命以及立管和锚系泊设计改善。

附图说明

图1为该多柱体集成型单柱式平台侧视图。

图2为该多柱体集成型单柱式平台顶部剖面图

图中标号说明：

1.上部结构；2.中心主体立柱；3.外围小尺寸立柱；4.顶张紧式立管；5.涡流激振抑制装置；6.垂荡板；7.环形支护结构。

具体实施方式

本发明提供一种适用于深海油气开发并采用集成型经典多柱体设计的单柱式平台。平台主体由一个单柱体与附于其外壁的一束小尺寸立柱集成一体，并配置有多根顶张紧式立管和支撑结构。该平台建造中避免了大直径圆柱结构，采用小直径圆柱群代替，降低了建造难度和成本，每一根小尺寸立柱可以灵活地在内装配满足不同开发需求的装备，又大大增加了平台功能的多样性。每一根小尺寸立柱又通过水平甲板结构分为多个水平舱室。该平台形式完整保留了传统单柱式平台的优点即具有优异的稳定性和运动特性，具有永恒正稳性，平台系统重量分布特点能大大降低了平台在风浪流中的运动响应，具有优异的运动性能。与其他形式的单柱式平台相比，该平台通过主体和系泊系统重量的优化设计使平台主体重量大大降低，从而有效的增加了平台的承载能力，可支持更重，更大的上部结构。

该平台设计选用四组聚酯系缆(每组2根)锚泊定位系统，以确保定位系统具有强有力的回复张力和准确的定位。

该平台主体设计加用优化涡流激振(VIM)减震设施，最大程度上减小平台运动，提供更好的作业条件，极大地有利于平台自生疲劳寿命以及立管和锚系泊设计改善。外围立柱和中央井围壁同时还起到了屏蔽立管及其他中央井内设备遭遇海洋波浪流载荷的作用。为了减少平台的垂向运动，提高平台的稳定性，在平台主体下部还可以设置垂荡板等结构。

下面结合附图和实施例对该平台进一步说明：

该平台各部件均满足标准化制造要求。平台主体包括八根外围小尺寸立柱3与包裹其中的中心主体立柱2。平台中心主体立柱2内分为上部舱室、中部舱室和下部舱室，分别为用于提供主要浮力；用于承载可调节压载水；用于固定压载和原油储藏。每一根外围小尺寸立柱3分为多个水平舱室，可以灵活地在内装配满足不同开发需求的装备。各舱室通过圈梁上安装的舱板分割，其上设置了椭圆舱口以便例行检查内部结构。

实施方式为上部结构1通过支撑结构与一根中心主体立柱2，八根外围小尺寸立柱3相连接。外围小尺寸立柱2均匀分布，外侧与环形支护结构7相连接，内侧连接在中心主体立柱2外壁，柱体结构均由分段模块化轧制的柱筒段拼接而成。在中心主体立柱2内布置有九根顶张紧立管4(包括八根生产立管与一根钻井立管)及其支撑结构，以及其他钻井和生产维护设备，满足多功能全方位作业要求。顶张紧式立管4的顶部通过竖直方向上的液压气动式张紧器与上部结构1连接。此外，每相距一段间隔在中心主体立柱2柱体龙骨处安装垂荡板6。在环形支护结构7外沿垂直方向，螺旋式安装有流激振抑制装置5。