海洋石油开发历史演变全景立体模型设计书

1 海洋石油开发历史演变全景立体模型设计书 备 的 发展 情况 随着人类对石油研究的不断深入，到了 20 世纪，石油不仅成为现代社会最重要的能源材料，而且其五花八门的产品已经深入到人们生活的各个角落，被人们称为 “ 黑色的金子 ” ， “ 现代工业的血液 ” ，极大地推动了人类现代文明的进程。高额的石油利润极大推动了石油勘探开采活动，除了陆地石油勘探外，对于海洋石油资源的开发也日益深入。近海石油的勘探开发已有 100 多年的历史。1897 年，在美国加州 的潮汐地带上首先架起一座 长的木架，把钻机 放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。 1920 年委内瑞拉搭制了木制平台进行钻井。 1936 年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分，钻成功第一口海上油井并建造了木制结构生产平台，两年后，于 1938 年成功地开发了世界上第一个海洋油田。第二次世界大战后，木制结构平台改为钢管架平台。1964英国、挪威在水深超过 100 米、浪高达到 30 米、最高风速 160 千米 /小时、气温至零下且有浮冰的恶劣条件下，成功地开发了北海油田。标志着人们开发海上油田的技术已臻成熟。目前已有 80 多个国家在近海开展石油商业活动，原油产 量占世界石油总产量的 30%左右。 1897 年，在世界上第一口海上钻井的旁边，美国人威廉姆斯在同一个地方造了一座与海岸垂直的栈桥，钻机、井架等放在上面钻井。由于栈桥与陆地相连，物资供应就方便多了。另外，钻机在栈桥上可以随意浮动，从而在一个栈桥上可打许多口井。在海边搭架子，造栈桥基本上是陆地的延伸，与陆地钻井没有差别。能否远离岸边在更深的海里钻井呢？ 1932 年，美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船 “，上面放了几只锚，到路易斯安那州 区 “岛湾中打井。这是人类第一次 “ 浮船钻井 ” ，即这个驳船在平静的海面上漂浮着，用锚固定进行钻井。但是由于船上装了许多设备物资器材，在钻井的时候，该驳船就坐到海底了。从此以后，就一直用这样的方式进行钻探。这就是第一艘坐底式钻井平台。同年，该公司按设计意图建造了一条坐底式钻井驳船 “。 1933 年这艘驳船在路易斯安那州 打了 “10 号井 ” ，钻井进尺 5700 英尺。以后的许多年，设计和制造了不同型号的许多坐底式钻井驳船，如 1947 年， 计的 2 一条 “ 布勒道 20 号 ” ，平台支撑件高出驳船 20 多米，平台上备有动 力设备、泵等。它的使用标志着现代海上钻井业的诞生。 由于经济原因，自升式钻井平台开始兴起，滨海钻井承包商们认识到在 40英尺或更深的水中工作，升降系统的造价比坐底式船要低得多。自升式钻井平台的腿是可以升降的，不钻井时，把腿升高，平台坐到水面，拖船把平台拖到工区，然后使腿下降伸到海底，再加压，平台升到一定高度，脱离潮、浪、涌的影响，得以钻井。 1954 年，第一条自升式钻井船 “ 迪龙一号 ” 问世， 12 个圆柱形桩腿。随后几条自升式钻井平台，皆为多腿式。 1956 年造的 “ 斯考皮号 ” 平台是第一条三腿式的自升式平台，用电动机驱 动小齿轮沿桩腿上的齿条升降船体，桩腿为 架式。 1957 年制造的 “ 卡斯二号 ” 是带有沉垫和 4 条圆柱形桩腿的平台。随着钻井技术的提高，在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动，特别是近海的开发井。这样，固定式平台也有发展。固定式平台就是建立永久性钻井平台，大都是钢结构，打桩，然后升出海面；也有些是水泥结构件。至今工作水深最深的固定平台是 “，它能站立在路易斯安那州近海 318 米水深处工作。 1953 年， 团造成的 “钻井船是世界第一条钻井浮船，它由海军的一艘巡逻舰改装建 成，在加州近海 3000 尺水深处打了一口取心井。 1957 年， “ 卡斯一号 ” 钻井船改装完毕，长 78 米，宽 ，吃水 3 米，总吨位 3000 吨，用 6 台锚机和 6 根钢缆把船系于浮筒上。用浮船钻井会带来一系列问题，由于波浪、潮汐至少给船带来三种运动，即漂移、摇晃、上下升沉，钻头随时可能离开井底，泥浆返回漏失，钻遇高压油气大直径的导管伸缩运动而不能耐高压等等。这样就把防喷器放到海底。该船首先使用简易的水下设备，从而把浮船钻井技术向前推进了一步。 浮船钻井的特点是比较灵活，移位快，能在深水中钻探，比较经济。但 它的缺点是受风浪海况影响大，稳定性相对较差，给钻井带来困难。 1962 年，壳牌石油公司用世界上第一艘 “ 碧水一号 ” 半潜式钻井船钻井成功。 “ 碧水一号 ” 原来是一条坐底式平台，工作水深 23 米。当时为了减少移位时间，该公司在吃水 12 米的半潜状态下拖航。在拖航过程中，发现此时平台稳定，可以钻井，这样就受到了启示，后把该平台改装成半潜 3 式钻井平台。 1964 年 7 月，一条专门设计的半潜式平台 “ 碧水二号 ” 在加州开钻了。第一条三角形的半潜式平台是 1963 年完工的 “ 海洋钻工号 ” ，第二条是 1965 年完工的 “ 赛德柯 135” 。 随着海 上钻井的不断发展，人类把目光移向更深的海域。半潜式钻井平台就充分显示出它的优越性，在海况恶劣的北海，更是称雄，与之配套的水下钻井设备也有发展，从原来简单型逐渐趋于完善。半潜式钻井平台的定位一般都是用锚系定位的，而深海必须使用动力定位。第一条动力定位船是 “，能在 12000 英尺水深处工作，获取 600 英尺的岩心。以后出现了动力定位船 “ 格洛玛 挑战者号 ” ，它于 1968 年投入工作，一直用于大洋取心钻井。世界上真正用于海上石油勘探的第一条动力定位船是1971 年建成的 “ 赛柯船 445” 钻井船，工作水深在动力定位 时可达 600 米以上。半潜式平台有自航和非自航的。动力定位船所配套的水下设备是无导向绳的水下钻井设备。后来，钻井平台又有新的型式出现。如张力腿平台和 “。科学在进步，时代在发展，海上钻井技术也在飞速发展，人们现在已向更深的海域进军，无论是钻井井深、钻井水深、钻井效率都有新的世界纪录出现。 油装备的 发展 情况 我国石油工业起步比较晚，上世纪 50 年代末，当时的石油部领导提出了 “ 上山下海，以陆推海 ” 的海洋石油发展大略。 1963 年，在对海南岛和广西地质资料进行详尽分析的基础上，决定在南中国海建 造海上石油平台。此后的 2 年间，广东茂名石油公司的专家们用土办法制成了中国第一座浮筒式钻井平台，在莺歌海渔村水道口外距海岸 4 公里处钻了 3 口探井，并在 400 米深的海底钻获了 15 升原油。 1966 年 12 月 31 日，中国的第一座正式海上平台在渤海下钻，并于 1967 年 6 月 14 日喜获工业油流，从此揭开了我国海洋石油勘探开发的序幕。 1981 年地矿部为了开展海洋石油勘探，决定建设一台半潜式的海洋钻井船，取名叫 “ 勘探三号 ” 。 1984 年 6 月由上海 708 研究所、上海船厂、海洋地质调查局联合设计，上海船厂建造的中国第一座半潜式钻井 平台 4 勘探 3 号建成。其后转战南北，共打出 15 口海底油、气井。它为发现中国东海平湖油气田残雪构造，作出了重要贡献。 “ 勘探 3” 号由一座箱式甲板（亦称平台甲板） 6 根大型立柱、一座高大井架和两只潜艇式的沉垫组成的半潜式钻井平台。从沉垫底部到平台的上甲板有 高，相当于一座 12 层的高楼，如果算到井架顶部总高有100 米，总长 91 米，总宽 71 米，工作排水量 219910 吨，工作吃水 20 米，平台上装有 900 项， 8600 多台件机电设备。平台甲板被 6 根直径 9 米的主柱高高地托在高空，远远看去像是一座岛屿。它除了包括钻井、 泥浆、固井、防喷系统在内的全套钻探设备外，还配置了 4 组（ 8 台） 150 吨的电动锚机， 5 组 660 千瓦的柴油发电机组。同时，船上还配有潜水钟和甲板减压舱组成的 200 米饱和潜水系统，防火、防爆和可燃性气体自动报警系统等现代化设备。 “ 勘探 3” 号平台上设有地质楼、报务室、应急发电机室、水文气象室、中心控制室和居住室等现代化的生活设施，水电通讯一应齐全，甲板顶还有可供直升飞机起降的停机坪。 半潜式钻井平台具有优良的抗风浪性能和较大的可变载荷，并可在较深海域进行钻探作业。当时世界上只有少数几个国家能建造，而且造价昂贵。为 了能设计出适应中国大陆架实际情况的半潜式钻井平台， 3 个单位的设计人员收集了大量的水文气象资料，并通过深入实际的调查研究，对 5种方案进行了严格筛选，最后正式确定采用矩形半潜式钻井平台的方案。其主要性能参数为；工作水深 35 200 米，最大钻井深度 6000 米。 1984 年 6 月 25 日上午， “ 勘探 3” 号在我国最大的拖轮 “ 德大 ” 号的拖引下，离开上海港到东海温州湾外的海域进行各种性能试验。试验表明，“ 勘探 3” 号辐射状锚泊系统布置合理，十分适应该平台的精确定位和作业。其间 “ 勘探 3” 号在试验的狂风巨浪中接受了中国船舶检验局 和美国级社的入级签证，美国船级社的日籍验船师木下博敏把 “ 勘探 3” 号称作为中国现代海上工程的标志。国外一般海洋钻探公司获悉中国有这样高质量的钻井平台后，纷纷前来探询租用或合资经营 “ 勘探 3” 号钻探承包作业的可能性。 5 目前世界海洋石油的勘探开发主要集中在靠近陆地的称之为大陆边缘的部分。大陆边缘又分为大陆架、大陆坡和大陆隆三部分。中国大陆架是世界最宽的大陆架之一，总面积 473 万平方千米。据有关专家估计仅大陆架石油地质储量约 250 亿吨，天然气 80000 亿立方米。如果再考虑整个大陆边缘，其发展前景更不可限量。 目前我国在建造平台、船体吨位总量方面仅次于韩国而居世界第 2 位，但在自行设计建造用于平台、船上的主机、特别是浮式钻井专用设备方面几乎还是空白，这需要国内海洋装备企业瞄准世界顶尖水平继续努力。 （ 1） 固定式平台 固定式平台 包括 导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台 。 固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动， 故钻井的成本较高。 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 30m 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，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 (平坦及坚实程度 )的制约。所以这种平台发展缓慢。然而我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海 底坡度小，对于开发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展前途。 80 年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设计、建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可排出压载起浮，并移至另一井位。 6 （ 2） 自升式平台 世界上第一艘自升式钻井平台产生于 20 世纪 50 年代。我国第一艘自升式钻井平台“渤海 1 号”于 1967 年由 708 研究所完成设计 ,1972 年在大连造船厂建成交船。全部设备均为国产。在当时条件下 ,完全靠自力 更生。其总长 宽 深 5m,井槽尺寸 业水深 30m,最大钻井深度 4000 m,满载排水量 5700 t,吃水 4 根圆柱形桩腿 ,直径 2.5 m,长度 73 m,为摩擦支承桩。设计了液压油缸升降横梁插销式升降机构 ,每桩举升力 1600 t。甲板可变载荷 1400 t,自持能力 30天 ,定员 90人。投入使用后 ,在渤海打了几十口井 ,其间经历过 1976 年 8 月唐山大地震严峻考验。实践证明 ,该平台基本上是成功的 ,开创了我国自升式钻井平台的先例。 自升式钻井 平台主要由平台结构、桩腿、升降机构、钻井装置 (包括动力设备和起重设备 )以及生活楼 (包括直升飞机平台 )等组成。平台在工作时用升降机构将平台举升到海面以上 ,免受海浪冲击 ,依靠桩腿的支撑站立在海底进行钻井作业。完成任务后 ,降下平台到海面 ,拔起桩腿并将其升至拖航位置 ,即可拖航到下一个井位作业。桩腿是自升式钻井平台的关键。当作业水深加大时 ,桩腿的长度、 尺寸和重量迅速增加 ,作业和拖航状态的稳性亦变差。 所以 ,自升式钻井平台最大的作业水深受到制约 ,作业范围限于大陆架 200 m 水深以内。桩腿结构形 式有柱体式和桁架式两大类。柱体式桩腿由钢板焊接成封闭式结构 ,其断面有圆柱形和方箱形两种 ,一般用于作业水深 60 m 以下的自升式平台。水深加大 ,波浪载荷更大 ,结构重量增大 ,宜采用桁架式桩腿。它由弦杆、水平撑杆和斜撑杆组成 ,在弦杆上装有齿条。桩腿可按地质条件需要设置桩靴 ,桩靴的平面形状有圆形、 方形和多边形几种。 （ 3） 深水半潜式钻井平台 随着陆地资源的日益枯竭 ,石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋 ,坐底式平台、 重力式平台、 导管架平台、 自升式平台等主要作业于浅海区域 ,随着油气勘探开发日益向深海 推进 ,张力腿平台也显示出其局限性 ,钻井船和半潜式平台成为主要选择 ,然而半潜式钻井平台由于具有极强的抗风浪能力、 优 7 良的运动性能、 巨大的甲板面积和装载容量、 高效的作业效率等特点 ,在深海能源开采中具有其他型式平台无法比拟的优势。 结构和运动特点 半潜式钻井平台上部为工作甲板 ,下部为 2 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、 支持力强、 工作水深大 ,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后 ,到 21 世纪初 ,工作水深可达 3 000 m,同时勘探深度也相应提高到 9 000 12 000 m。与固定式平台不同 ,半潜式平台在工作时漂浮于海面 ,因而可以不受作业水深的限制 ,适用于各种水深的海域。在半潜作业时 ,平台一直处于运动状态。与钻井船相比 ,半潜式平台由于大部分排水量都集中在水下较深处 ,这使得平台整体受波浪的影响较弱 ,在波浪中的运动响应较小 ,能够适应大多数的海洋环境 ,与钻井船相比有更好的运动特性。在作业海况下 ,半潜式平台的升沉 平位移不大于水深的 5% 6% ,平台的纵倾角不大于 (23 )。平台的这种运动是在钻井作业所允许的最大运动幅度之内 ,因而能很好地满足海上作业要求。 技术现状 在用深水半潜式钻井平台主要是在美国墨西哥湾、 巴西、 北海、 西非、 澳大利亚和墨西哥海域作业。为适应向深水和深井找油的需求 ,近年来运用综合高科技 ,国外设计建造了工作水深超过 3810m(12500 钻深达到 12190 m (40000钻机绞车功率增至 5 292 7 200 第 6 代海上半潜式钻井平台。 第 6 代半潜式钻井平台的作业水深已达 2550 3600 m,多数 为 3048 m,钻深大于 9144 m(30000 采用动力定位 ,船体结构更为优化 ,可变载荷更大 ,配备自动排管等高效作业设备 ,能适应极其恶劣的海洋环境。第 6 代平台比以前钻井平台更先进的设计在于采用了双井口作业方式 ,即该平台钻机具有双井架、双井口、双提升系统等。主井口用于正常的钻进工作 ,辅助井口主要完成组装、卸 钻杆及下放、回收水下器具等离线作业 ,虽然平台的投资有所增加 ,但是对于深海钻井作业效率的提高是显著的。据相关资料介绍 ,双井口钻井作业在不同的作业工况下可以节省 21% 70%的时间 。随着作业水深的逐渐加大 ,半潜式钻井平台钻机能力也逐渐加大 ,需要的绞车、泥浆泵、顶驱、转盘能力均相应提高。目 8 前 ,半潜式钻井平台顶驱以美国国民油井 拿大 司的产品为主 ,仅就技术和使用情况来说 ,司一直处于行业的领先地位 ,泥浆泵主要生产厂家为 车主要生产厂家 为 2009 年 ,中国海洋石油总公司投资建造的我国首座 3000 m 超深水的第 6 代半潜式钻井平台在上海外 高桥船厂进坞铺底 ,该平台预计 2010年 10 建造完成 ,作为中国人走向深海的利器 ,可以极大地提升中国在深水油气田勘探开发的能力 ,加快我国南海深水油气资源勘探开发的步伐。 半潜式钻井平台的 发展趋势 为 工作水深显著增加 适应更恶劣海域 。 半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中 ,抗风暴能力强 ,稳定性等安全性能良好。大部分深海半潜式平台能生存于百年一遇的海况条件 ,适应风速达 100 120 高达 16 32 m,流速达 2 4 着动力配置能力的增大和动力定位技术的新发展 ,半潜式平台进一步适应更深 海域的恶劣海况 ,甚至可望达全球全天候的工作能力。 可变载荷增大 。 采用先进的材料和优良的设计 ,半潜式平台自重相对减轻 ,可变载荷不断增大 ,以适应更大的工作水深和钻深。甲板可变载荷 (包含立柱内 )将达万吨 ,平台自持能力增强。同时甲板空间增大 ,钻井等作业安全可靠性提高。 外形结构简化 。 半潜式平台外形结构趋于简化 ,立柱和撑杆节点的型式简化、数目减少。立柱从早期的 8 立柱、 6 立柱、 5 立柱等发展为 6 立柱、 4 立柱 ,现多为圆立柱或者圆角方立柱。斜撑数目从 14 20 根大幅降低 ,甚至减为 2 4 根横撑 ,并最终取消各种形式的撑杆和节点。下浮体趋向采用简单箱形 ,平台甲板主体也为规则箱形结构 ,且甲板结构出现层高 1 2 采用高强度钢 。 采用强度高、韧性好、可焊性好的高强度和甚高强度钢 ,以减轻平台钢结构自重 ,提高可变载荷与平台钢结构自重比 ,提高总排水量与平台钢结构自重比。 装备先进化 。 深海半潜式平台装备了新一代的钻井设备、 动力定位设备和电力设备 ,监测报警、 救生消防、通讯联络等设备及辅助设施和居住条件也在增强与改善 ,平台钻井作业的自动化、效率、安全性和舒适性等都有显著提高。 （ 4） 深水钻井船 钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种。其移动灵活 ,停泊简单 , 9 适用水深范围大 ,特别适于深海水域的钻井作业。钻井船主要由船体和定位设备 2 部分组成。船体用于安装钻井和航行动力设备 ,并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、 减摇设备、 自动动力定位系统等多种措施来保持船体定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法 ,可直接采用推进器及时调整船位。全球现有 45 艘钻井船 ,其中额定作业水深超过 500 m 的深水钻井船有 40 艘 ,占总数的 钻井船主要活跃 在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。 今后钻井船的主要发展特点是 : 设计工作水深将明显增加 ,预计在未来 20a 内 ,钻井船的目标水深将达 4000 5000 m(13 120 16 400 装备先进的、高精度的大功率动力定位系统 ()。 装备大功率超深井钻机 ,目标钻井深度在 10668 m (35000 上。预计在未来 20a 内 ,钻井船的钻井深度能力将突破 15000 m。 采用甚高强度钢和优良的船型及结构设计 ,将总排水量与船总用钢量的比值进一步提高 ;船具有良好的安全性、 抗 风暴能力 ,全球、全天候的工作能力和自持能力长。 （ 5） 张力腿平台 ( eg p m, 作为一种用于深海油气开采、生产和加工处理的海洋结构物 ,是深海油气勘探开发最重要的发展概念之一。 台具有运动性能好、抗恶劣环境作用能力强、可移动和经济性好等特点 ,为深海油气生产、开发提供了经济的解决方案 ,具有良好的发展势头。 自 1984 年世界上第 1 座 台 (台 )在北海建成之后 ,目前已开发出 3 种 台型式 ,即传统型的 20 世纪 90 年代是 台发展的黄金时期 ,传统 台技术已趋于成熟 ,出现了一大批传统型的 台 ,如 B 台 ,工作水深不断增加 ,工作载荷不断突破 ,平台技术革新也不断涌现 ,获得了很大的发展。到 2004 年 ,已相继安装 8 座传统类型的 台 ,并且这 8 座 台接连打破了深水采油平台工作水深的世界纪录 ,其中 水深更是达到 1225m。 10 998年发展起来的 ,它不是一种简单缩小化的传统类型 是通过对平台上体、立柱以及张力腿系统进行结构上的改进 ,使其达到优化各项参数、以更小吨位获得更大载荷的目标。自世界上第 1 座 装下水以来 ,生产领域的应用发展迅速 ,发展前景良好。目前 ,世界上出现的 大系列 ,一是由 另一个则是由 司设计的 列。 延伸式张力腿平台 ,是 简称。这种新型 的 计概念是由 司提出的。相对于传统型 要是在平台主体结构上做了改进 ,动力性和结构稳定性都有很大的提高。目前世界上有 3 座 其中最早落成的一座是 司的 P, 该平台位于西非安哥拉海域 ,水深 1250m,2003 年 9 月安装下水。另外一座 台结构和尺寸几乎和 样 ,由韩国现代重工制造。最深的一座是 p s 公司在墨西哥湾刚刚下水的 T ol o T 刚创下的 台工作水深的世界纪录 ,其工作水深将达到 1425 m。 台的 结构型式 包括如下几种： 传统型 体一般都呈矩形或三角形 ,平台上体位于水面以上 ,通过 4根或 3 根立柱连接下体 ,立柱为圆柱形结构 ,主要作用是提供给平台本体必要的结构刚度。平台的浮力由位于水面下的沉体浮箱提供 ,浮箱首尾与各立柱相接 ,形成环状结构。张力腿由 1 4 根张力筋腱组成 ,上端固定在平台本体上 ,下端与海底基座模板相连 ,或直接连接在桩基顶端。有时候为了增加平台系统的侧向刚度 ,还会安 装斜线系泊索系统 ,作为垂直张力腿系统的辅助。海底基础将平台固定入位 ,主要有桩基或吸力式基础 2 种形式。中央井位于平台上体 ,可以支持干树系统 ,生产立管通过中井上与生产设备相接 ,下与海底油井相接。 平台主体打破了传统类型 3 柱或 4 柱式结构 ,采用一种非常独特的单柱式设计。这一圆柱体结构称为中央柱 ,中央柱穿过水平面 ,上端支撑平台甲板 ,在接近下端的部位 ,通过内部的水平和斜拉牵条连接固定 3 根矩形截面的浮筒 ,各浮筒向外延伸成悬臂梁结构 ,彼此在水平面上的夹角为 120 ,形成辐射状 ,且浮筒的末端截面逐 渐缩小。这 3 根浮筒向平台本体提供浮力 ,并且在外端与张力腿系统连接。中央柱包括外壳壁、月池或通道。平台内部空间被分割 11 成一系列水密空间。张力腿 (6 根 )从浮筒末端的连接头垂直延伸到海底桩基 ,浮筒浮力拉紧张力腿 ,中央柱浮力支持甲板载荷 ,保证平台抗颠覆的稳定性。 平台主体仍然沿袭了传统 四角柱结构设计。平台浮力主要由一个位于平台基座中的浮舱来提供 ,平台基座位于水面以下 ,形状比较特殊 ,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 ,悬臂梁纵截面为三角形 ,张力腿系统就连接在这 4 条悬臂梁的 顶端。立柱与基座连为一体 ,分别坐落在基座顶面的 4 个边角上。 台主体主要由立柱和浮箱 2 大部分组成。按照立柱数目的不同可以分为 3 柱式 4 柱式 柱有方柱和圆柱 2 种形式 ,上端穿出水面支撑平台上体 ,下端与浮箱结构相连。浮箱截面形状为矩形 ,首尾相接形成环状基座结构 ,在环状基座的每一个边角上 ,都有一部分浮箱向外延伸形成悬臂梁 ,悬臂梁的顶端与张力腿相连接。 台的 性能特点 包括： 传统型 质上是将半潜式平台的悬链式系泊系统用刚性张力腿代替 ,依据船体的浮力使张力腿始终处于伸张状态 。由于张力腿的刚性作用使平台位移很小 ,特别是偏移和触底很小 ,几乎消除了转动位移。这些特点大大改善了深水作业 ,可将井口系统从海底搬到水面 ,既方便钻井作业 ,又可在平台上直接处理原油 ,是深水石油开采的一个重大突破。同时传统型 台还具有水线面较大 , 自由浮动时稳定性好的特点。一般采用上部结构安装好后 ,拖到油井连接到张力腿上。 台继承了传统 台优越的运动特性 ,起伏、横摇和纵摇运动都很小。单一圆柱体设计消除了传统 台中挤压和撬起载荷 ,甲板设计简化 ,可模块化建造。小型圆柱体结构减少 水线面动力影响 ,使上部设备的运动敏感问题被小化 ,同时小型圆柱结构也大大节省了建造和安装成本 ,缩短建造周期 ,对开发大型边际油田非常适合。但 台也存在一些缺点 :单一圆柱体设计使其托航或自由浮动时稳定性都很差 ,同时对上部结构的质量也很敏感 ,使上部结构受到很大限制 ,主体和上部结构安装都需要吊体辅助。整个系统刚性较强 ,对张力腿有极高要求。 续采用传统的四角柱平台结构设计 ,给平台上体提供更大支撑力 ,改善甲板的受力情况 ,从而减少上体的建造费用。立柱相对传统 台细 , 12 水线面处受 力面积很小 ,减小了平台所受到的波浪载荷。主体模块化的建造设计 ,省去了很多建造工艺上的麻烦 ,可以使用船厂的标准流水生产线制造。同时 ,平台主体的特殊设计 ,也大大降低了平台在“疲劳区域”中的运动响应 ,可以减少张力腿系统中的预张力 ,大大简化了张力腿系统的设计。平台的张力腿系统全部采用标准化部件制造 ,降低了制造成本。并且首次采用一种被动式弹簧立管张紧系统 ,取代传统的液压气动张紧系统 ,其安全性和稳定性都得到很大提高 ,同时造价也更低、结构也更简单 ,受环境载荷的影响也减小。另外 ,构简 单安装方式灵活 ,可适用于多种深海作业设备的安装 ,其主体可以直接拖航到安装地点 ,不需要特种驳船运输 ,降低了平台安装费用。 伸悬臂梁的设计 ,大大增大了张力腿系泊点的分布范围 , 使其动力性能得到较大的提升。同时 ,也给设计者在立柱间距选择方面提供了更大的灵活性。一座与传统类型 有相同系泊点分布范围的 立柱可以安装到离平台中心更近处 ,而立柱间距又直接决定了平台甲板的尺度 , 因此可以选择更小更轻的甲板 ,从而降低了平台的造价。同时 ,采用一种类似浮箱的临时性补稳装置 ,当平台处于码头停 泊或托航等不稳定状态时 ,在悬臂梁上安装这种补稳装置 ,可保证平台的稳定性。这种设计使 以较小的吨位和体积获得更大的载荷 ,大大提升了 台的竞争力。 （ 6） 台 产和加工处理的海洋结构物，是深海油气勘探开发最重要的发展概念之一。 有更好的运动性能、能够适应更深的海域、定位和操作都相对容易、灵活性和经济性更好等特点，被认为是最具吸引力和发展潜力的新一代深海平台。 技术在 30 年前就在海洋工程中得到应用， 那时 一种储油和卸油的浮筒。 1987 年， 柱形浮标 张力腿平台概念的基础上提出一种用于深水的生产平台 ,即单柱平台 (并于 1996 年应用于墨西哥的 深 588 米 )。这就是世界上第 1 座传统式 台。从设计到平台正式采油，一共只花了 25 个月，一开始就显示了高效率的特点，其工作记录也显示了高度的稳定性，大大提高了业主对 术的信心。至今 13 台的发展经历了三代：传统 1996 年建成第一 座），桁架式 2001年建成第一座）以及最新的多柱式 在建造中）。 台的水深适应范围广，对水深不敏感， 1998 年建造的 2000 年建造的 应用水深相差将近一倍，但是，其结构却相当类似。结构简单、成本低、应用范围广等优点使得 台近年来越来越受到人们的重视，其发展也越来越迅速。到 2000 年，世界上已经发展了 3 座传统式 台，分别为 88m)、 92m)和 463m)，其中， 装了一座钻探深度可达 7620m 的全装钻塔，具备自行钻探的能力，是世界上第 1 座钻探和采油 台， 目前在役的规模最大的 第一座 台建成到现在不过十年，就已经发展到了第三代。从而可以看出 台的受重视程度，和其广阔的发展前景。桁架式 现后，由于其相比于传统 明显的优点，已经全面替代了传统 台。而目前最新的第三代多柱式 于其制造和安装过程中具有前两代 台不能相 比的优势，将会得到大力的推广。未来几年的 台的研究发展将逐步完善多柱式 技术。 传统 台结构传统 台主要由四个系统组成：顶部模块、壳体、系泊系统和立管。顶部模块是一个多层桁架结构，它可以用来进行钻探、油井维修、产品处理或其它组合作业。用来支撑钻探设备和生产设备的生产钻探甲板及中间甲板与固定平台的甲板很接近，井口布置在中部。传统 主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。水线以下部分为密封空心体，以提供浮力，称为浮力舱。舱底部一般装压载水或用以储油。柱内可储 油也成为显著优点。中部由锚链呈悬链线状锚泊于海底。在平台建造时底部为平衡 /稳定舱，当平台已经系泊并准备开始生产时这些舱则转化为固定压载舱。它们主要用来降低重心高度，最后还有一些压载舱用于吃水控制。 过半张紧的钢悬索系泊系统来定位，系泊索包括海底桩链、锚链和钢缆组成。锚所承受的上拔载荷由打桩或负压法安装的吸力锚来承担，导缆孔通常位于硬舱的下部，系泊结构不仅与载荷大小有关，还与水深有关。在设计 系泊系统时，通常使其在一根系泊索断开的情况下可以抵御百年一遇恶劣海况。 立管系统主要 由生产立管、钻探立管、输出立管以及输送管线等部分组成。其立管为顶 14 端张紧立管。由于每个立管通过自带的浮力罐提供张力支持，且顶部为柔性连接管，因此立管的轴向载荷与壳体运动解耦，同时使得平台对水深也不是很敏感。 传统式 吃水的具有规则外形的浮式柱状结构，主体中一种是硬舱，位于壳体的上部，用来提供平台的浮力；中间部分是储存舱，在平台建造时，底部为平衡稳定舱，当平台已经系泊并准备开始生产时，这些舱则转化为固定压载舱，主要用来降低重心高度；还有一些压载舱，用于吃水控制。中部由系泊索呈悬链线 状锚泊于海底。系泊索由海底桩链，锚链和钢缆组成。锚所承受的上拔载荷由打桩或负压法安装的吸力锚来承担。导缆孔通常位于硬舱的下部。 桁架式 于 2001年第 1次应用于 2001年第 前全世界已有 9座 有 2座在建。其中包括 2004年初安装下水的世界上最大的 公司的 座采用尼龙塑料系泊索系统的 于各种最新技术的采用，到 2004年底，新建成的 深水进军提供了方向。但是不管是传统式 们都有一个共同的缺点就是体形庞大，造价昂贵，而且其庞大的主体对建造船坞的要求很高。目前几乎所有的 后用特种船舶运输到 墨西哥湾进行组合和安装，运费昂贵，且不易于安装。为了解决这些 从而将 界上第 1座多柱式 71m，有效直径则只有 20m，设计排水量 15200t，设计日产量为 850万 000015000台采用 6条尼龙系泊索固定于墨西哥湾，海底基础类型为吸力式基础，水深 1615m。 桁架式 台结构桁架式 具有传统 具有的储存功能，传统 壳体是一个吃水深的、中空的垂直圆筒，而桁架式 壳体是一个吃水浅的、中空的圆筒与向下扩展的桁架结构的组合体。因此桁架式 轻， 15 更节约成本，两者的运动性能基本一致。桁架式 台桁架部分增加了垂荡板（ 垂荡板由带筋刚性板构成，运动时带动大量附加水质量，增加了垂荡阻尼。同时也为立管提供侧向支撑。由于桁架结构的底部为压载舱，整个 构旋转时，桁架部分将受到很大的扭矩，垂荡板极大地加 强了整个桁架结构的扭转刚度。 桁架式 设计概念是应用桁架结构代替传统 体的中部结构（ 因此取名为桁架式 为连接顶部硬舱和底部软舱的结构，这个桁架部分是一个类似于导管架（ 构的空间钢架，同传统 以节省 50%的钢材。桁架式 常由无内倾立腿，水平撑杆，斜杆和垂荡板（ 成。桁架中的管状部件在整个使用过程中均产生浮力。垂荡板通常由带支架（ 刚性金属结构组成，通过水平撑杆 支撑，它的设计已成为桁架设计的一部分。 （ 7） 英文 缩写，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，油气生产装置系统复杂程度和价格远远高出同吨位油 船， 置作为海 洋油气开发系统的组成部分，一般与水下采油 装置和穿梭油船组成一套完 整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。 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。 统 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。作为集油气生产、储存及外输功能于一身的 有高风险、高技术、高附加值、高投入、高回报的综合性海洋工程特点。 有抗风浪能力强、适应水深范围广、储 /卸油能力大及可以转移、重复使用等优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发。 上安装 了原油处理设备，有的 自航能力，有的则没有采用单点系泊模式在海面上固定。 常与钻油平台或海底采油系统组成一个完整的采油、原油处理、储油和卸油系统