海洋工程详解

1、海洋工程概论FPSO 结构组成及发展趋势1.1定义 FPSO是在海洋石油天然气工业中使用的浮式生然气工业中使用的浮式生产储油卸油装置，其原理是将临近采油平台或模块开采的海底原油进行油气水处理后注入货舱临储存，再由穿梭油轮或管道运走。FPSO作为一种海上生产设施，通常为船型，集海上油气处理、储存、外输、生活和力于一体，长期系泊于固定海域。1.3 FPSO 的优缺点对比：优点：经济性：较低的船体和改造费用可以提供最经济的开发方案移动性：从建造场地转到作业区域、很容易从一个油田重新部署到另一个油田。对水深不敏感，适用水深30米3000 米储存能力：允许通过穿梭油轮输出，可以不依赖于管道宽阔的甲板面积

2、和装载能力：缺点：需要额外的船用设备和人员，使操作费用相对较高；缺少钻井能力：带钻井的转塔锚固解决方案虽然在概念的是可行的，但还没有实际运用；转塔系统会对立管的尺寸和数量形成约束（主要是在经济指标上.需要用到水下采油树和柔性立管（相对比较贵）1.4 主要组成部分 FPSO 由以下部分组成：(1) 生活模块，中控室和直升机甲板；(2) 工艺和公用工程模块，比如：分离机组、气体压缩、发电机模块；(3) 船体和船舶系统；(4) 转塔和流体传输控制旋转接头；(5) 系泊和立管系统2.3 船体新建与改建的对比 新建 设计适应性，较大范围的构造选择，可进行材料的选择，完全符合需要，一体化的强化结构，海上系

3、统的优化，预计划的界面系统，方便检查和维护，长的设计建造周期，相对高的费用改建 固定的船体结构，某些方面的不确定性，开始点，结构和系统的升级需要，符合性需要，范围定义风险较高，短的采购周期，低的花费，钢材的质量等级上部组块FPSO 甲板上的原油处理设施通常称为上部模块。FPSO 上的处理设备和其它的生产平台类似，通常以模块形式建造。FPSO生产设备包括：水分离、气体处理、原油加工、水回注和气体压缩。5.3 海床固定方式： 吸力锚 将锚筒用大吸力泵吸入海床，将锚链固定在海底，配合ROV 监控锚链的方向，有效减少吸力锚收到外部载荷的力矩，使其所受载荷达到最小。固定锚 如同导管架施工中打水下桩一样，

4、将锚链连接到桩管上，用液压锤将桩打进泥里，固定锚链。固定桩在打桩时，桩会转动，这样很难控制锚链的方向，一旦超出正负2度的误差范围，会使桩受到的力矩增大，影响系泊系统的质量。拉力锚 像普通船用锚那样，用布锚船布置到设定位置。一般用12-16 个锚固定FPSO系统。重力式平台重力式平台，是与桩基平台不同的另一种型式的平台。它不需要用插入海底的桩去承担垂直荷载和水平荷载，完全依靠本身的质量直接稳定在海底。混凝土重力式平台 把混凝土重力式结构物用于岸边和浅水地带已有悠久历史，而用于外海却在 20 世纪 70 年代以后。（1）组成部分：混凝土平台由沉垫、甲板和立柱三部分组成。已建成和正在研究、设计的混凝

5、土平台种类繁多，有把底座做成六角形、正方形、圆形，也有把立柱做成三腿、四腿、独腿的等各种形式。底座：底座是整个建筑物的基础。为了抵抗巨大的风浪推力，要求平台有很大的底座结构，而较大的底座又正好可以用来储存原油，这就使得混凝土平台具备了把钻、采、储三者兼顾起来的优点。甲板：甲板为生产提供工作场所，在甲板上可安装各种生产处理设施和生活设施。立柱：立柱连接在沉垫和甲板之间，用于支撑甲板。（3）混凝土平台的优缺点 优点 a.节省钢材。b.经济效果好。 c.海上现场安装的工作量小。d.海上安装工艺比钢结构简单些。不需要在海底打桩。 e.甲板负荷大，在立柱中钻井安全可靠。 f.防海水腐蚀、防火、防爆性能都

6、好。g.维修工作量小，费用低，使用寿命长。 h.从理论上讲，可重复利用。2缺点 a.对地基的要求高。基础设计的好坏，常成为重力式平台成败的关键。b.结构分析比较复杂。c.制造工艺复杂。d.岸边需有较深的、隐蔽条件较好的施工场地和水域。e.拖航时阻力大。f.冰区工作性能差。g.重复利用的难度较大。 张力腿平台TLP张力腿平台的工作原理及性能张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。1、按照总体结构分类 可以分为两个大类，即第一代张力腿平台和第二代张力腿平台；2、按照采油

7、树位置不同分类 可以划分为湿树平台和干树平台两大类；3、按照功能和应用方式分类 可以分为大载荷张力腿平台、迷你型张力腿平台、井口张力腿平台三大类；n 它一般由五大部分组成，分别是平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（沉箱）、张力腿系泊系统锚固基础 SeaStar TLP的平台主体是由一个垂直悬浮的圆柱体结构和三根矩形截面的水平浮筒组成。MOSES TLP它的主体由四根细长角柱和一个水下浮式基座构成。平台的浮力主要由水下浮式基座提供。基座的形状比较特殊，中央为一正方体，在4个角上沿对角线向外延伸，从而形成4条悬臂式浮筒结构。ETLP它的主体与传统TLP相似，每一浮筒向外延伸成悬臂梁。湿树平台（w

8、et trees platform）优点是采油树位于海底，减少了平台上体的负载，不需要建造体积庞大的平台主体，因而降低了平台的总体造价，由于不安装垂直的张紧式立管，因此不需要考虑平台吃水变化对生产立管的影响，从而简化了平台的设计。 湿树平台非常适用于分布面广、出油点分散的油田。它以柔性输油管和SCR组成分布广泛的海底管线系统，再以湿树平台作为管汇中心，便可以控制较广的区域。另外，湿树平台的生产储备能力具有很大的弹性，新增的设备和海底油井容易加装到现有的生产系统中，对油田的远期开发比较方便。 干树平台（dry trees platform）干树平台（drytreesplatform）的采油树则位

9、于平台之上，由垂直生产立管直接连接到位于平台井口甲板的采油树上。n 目前张力腿平台的功能和应用方式非常灵活，如果以此为标准进行分类，划分为以下三大类大载荷张力腿平台、迷你型张力腿平台、井口张力腿平台 大载荷张力腿平台（largedeckload TLP）是这三种张力腿平台中历史最悠久的一种类型，它是一种体积巨大、造价昂贵的张力腿平台形式，能够支持一套高生产能力的原油处理设施。迷你型张力腿平台（Mini-TLP）并不是一种简单缩小化的传统类型张力腿平台，它通过对平台上体、立柱以及张力腿系统进行结构上的改进，从而达到优化各项参数，以更小吨位获得更大有效载荷的目标。迷你型张力腿平台相对于同等规模的传

10、统类型张力腿平台，具有体积小、造价低、灵活性好、受环境载荷小等优点，非常适合于开发中小油田。而且与大载荷张力腿平台不同，迷你型张力腿平台能够在极深水环境中稳定地工作，这也是它之所以能够逐渐取代大载荷张力腿平台，占据当今张力腿平台建造主流的最重要的原因。井口张力腿平台（Tension Leg Wellhead Platform，简称TLWP）是一种经济型的张力腿平台。与前两种张力腿平台不同，井口张力腿不能独立进行生产工作，在它的平台上体只安装有控井设施，而其他的石油生产和处理设施都安装在一艘位于平台附近的辅助生产设施上，如FPSO（浮式生产储油装置）等。海洋平台设计平台事故的原因1结构强度储备不

11、足；2浮力储备和稳性不足；3操作不当。亚历山大.基尔兰号倾覆修改规范 1足够的储备强度2疲劳破坏稳准3足够的储备稳性和浮力结构破坏模式1屈服失效； 2屈曲失效； 3疲劳失效； 4脆性破坏失效。4 . 1 平台结构的设计步骤和方法4 . 1 . 1 平台结构设计的一般步骤平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程。 平台结构设计的一般程序4 . 2 设计中应考虑的几个问题4 . 2 . 1 空气隙4 . 2 . 2 偶然性事故损伤防护对船舶来说，偶然性事故诸如碰撞（停靠码头、偶然船与船之间的碰撞），在设计当中液化石油气船等装运危险化学品的运输船、核动力船要给予特殊考虑。海洋工程结构物的设计必须

12、考虑系统停靠船舶的偶然性碰撞，生产过程中偶然失落的管件屯零件都会诸成桩腿、撑杆等钢结构的破损，使整体强度降低，施工装配过程中下落的零件垃圾又会加速水下钢构件的腐蚀过程。4 . 2 . 3 便于检修 所有构件都应为检修提供方便，如不船提供方便的检修，则设计时应考虑增加强度和使用寿命。4 . 3 设计载荷 海洋平台在建造和使用期间所承受的载荷可分为 环境载荷 使用载荷 施工载荷4 . 3 . 1 环境载荷指由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷，主要有风载荷、波浪载荷、流冰载荷、地震载荷等。这些载荷可根据平台的设计环境条件进行计算，在计算时通常取设计风速和设计波浪的重现

13、期不小于 50 年。作用在钻井装置上的环境力4 . 3 . 2 使用载荷指平台在使用期间所受到的除环境载荷以外的其他载荷，它可分为固定载荷和活载荷两种。固定载荷是指作用在平台上的不变载荷，当水位一定时这些载荷为一定值，例如平台的结构自重，附属结构重量，固定不变的机械设备，管线重量和作用于平台水下部分的浮力等。活载荷则指与平台使用有关的载荷，按其时间变化与作用特点又可分为可变载荷和动力载荷。可变载荷的数值或作用位置变化缓慢，可作为静载荷处理，例如可移动的钻井设备重量，存放的套管及器材重量，人员及其生活必需品的重量等。动力载荷为对平台结构动力作用明显的载荷，例如各种动力机械和设备运转时引起的周期性

14、载荷，平台钻井起下钻作业、吊机起重、船舶停靠及直升飞机降落等引起的冲击载荷。对于动力载荷应考虑其动力放大作用。4 . 3 . 3 施工载荷指平台在建造以及海上吊运、安装过程中所承受的载荷，这些载荷会使一些构件产生瞬时的高应力。因此，尽管这些载荷不是结构设计的控制载荷，通常也需校核这些载荷对平台结构所产生的影响。海洋工程特种工程船主要内容 海洋调查船，钻探船，起重船，铺管船，布缆船，三用拖船，下水驳，半潜船，海洋调查船 oceanographic research vessel 专门从事海洋科学调查研究的船只。是运载海洋科学工作者亲临现场，应用专门仪器设备直接观测海洋、采集样品和研究海洋的工具。

15、大洋一号是目前中国第一艘现代化的综合性远洋科学考察船。具备海洋地质、海洋地球物理、海洋化学、海洋生物、物理海洋、海洋水声等多学科的研究工作条件；可以开展海底地形、重力和磁力、底质和构造、综合海洋环境、海洋工程以及深海技术装备等方面的调查和试验工作。“大洋一号”曾是前苏联的一艘海洋地质和地球物理考察船。她于1984年在前苏联的基辅船厂建成下水，原名“地质学家彼得安德罗波夫号”。1994年，为了中国大洋矿产资源调查的需要，中国大洋协会从俄罗斯远东海洋地质调查局购买并经初步改装后，命名为大洋一号。为了适应中国大洋资源研究开发从单一的多金属结核资源向多种资源的战略转变以顺利完成十五计划所提出的新任务，

16、在国家综合部门的大力支持下，经过充分论证，中国大洋协会于2002年对“大洋一号”进行了现代化改装。改装的重点内容是：增装动力定位系统和关键调查设备；更新甲板收放设备；改善生活及安全设施；对实验室进行统一布局和建设；构建现代化船舶网络系统；提高通信、导航和驾驶能力。改装的主要目的是：将“大洋一号”建设成为一艘接近国际先进水平的，能在未来1015年期间满足我国在国际海底区域资源研究开发需求的，面向国内外开放的科学调查与深海设备试验相结合的综合性海洋调查船。钻探船 Drilling vessel 1、用途 起重船,又称浮吊。用于港口装卸、水工作业、造船及海洋工程、桥梁建筑、水下救捞等。小型的一般为非

17、自航，也有自航的。起重船上装有吊机、定位系统、动力设备及上层建筑等。大型的起重船通常为自航式，起重机为全回转式。2、分类 a.水域：内河、港湾、海洋b.吊机型式：固定臂式、固定变幅、半回转、全回转c.臂架结构：单硬杆、四连杆、硬变幅、软变幅 d.支撑方式有多种3、发展阶段6070年代，主要为200-600t；7080年代，2000t；8090年代，3000-4000t；如今，2×2000t，2×3000t，4400t，7500t并向万吨以上进军。由于能源开发、海上油田安装以及结构组件大型化的趋势和需求，该船型也在不断的丰富，起吊能力不断的增加。铺管船1、用途铺管船是用于铺设

18、海底管道专用的大型设备。多用于海底输油管道、海底输气管道、海底输水管道的铺设。2、分类 90年代前，根据水深分为深水（40200米）铺管船和浅水(1.540米)铺管船两种；如今已有千米以上的成功实例。 自航式和非自航式。深水铺管船大多为自航式；浅水铺管船大多为非自航式，也称为铺管驳。定位上分两类，mooring system 锚系定位，Dynamatic Positioning 动力定位，即自动控制船舶的推进器组进行定位。铺管船铺设方式上又分为3类：S-Lay：即船尾有托管架(stinger)，铺管作业线和张紧器(Pipe Tensioner)在甲板上，管线如S形放到海底；J-lay：一般在半

19、潜船上安装一个巨大的J-tower ，然后张紧器垂直放置于塔上，管线垂直放置于海底； R-Lay ：在陆地将管线象钢丝绳式缠绕到一个巨大的滚筒上，然后在铺管船上用设备将管线虑直通过托管架放置于海底。一般仅用于小直径管线。3、组成铺管船,其船体是铺管设备的载体，铺管船的核心是铺管设备及铺管工艺；铺管设备有张紧器、A/R绞车、船舷吊、破口机、对中装置、爬行探伤器、退磁器、加热器、辅助作业线、主作业线、移管机构、 托管架、电焊机等。布缆船 布缆船主要用于布设与维修水底电缆，它和一般船舶不同，有以下特点 一、尺寸较大，船上设置有专门的电缆舱，便于装载各种不同规格的电缆。所以，布缆船尺寸较大，船上要有容

20、积很大的电缆舱，并要有宽大的甲板。布缆船长度一般为六、七十米，排水量在一千吨左右；大型的布缆船船体长在一百多米，排水量为45千吨。我国自行设计、建造的“邮电一号”布缆船长为71.4米，宽为10.5米，排水量为1300吨，船上能装载电缆400吨。二、船型特殊，它的横断面呈V形。这样，有利于保持良好的稳定性，并能提高推进效率。它的首部水线以上部位向外飘，这样，可以减少船头甲板上的溅沫和碎浪，还可以扩大甲板面积，便于进行布缆作业。船上设有压载水舱，供调整纵倾与重心之用。 三、有很高的船首，为了敷设、修理电缆的需要，布缆船的船首造得很高，上面装有导缆滑轮。布缆船的尾部采用方尾，以增加尾部甲板面积，便于

21、布缆作业。布缆船上的大部分甲板面积被布缆设备所占用。 四、装有可变距螺旋桨。为了使布缆船在布缆作业时操纵灵活，船上装有可变距螺旋桨，可通过调整螺距，满足布缆作业的不同需要。有的布缆船上采用电力推进装置和主动舵，以获得良好的操纵性能。还有的布缆船上加装有侧向推进装置，使得布缆船在低速航行时，不会发生偏航。海工支持船 OSV（Offshore Support Vessel）AHTS anchor handling tug/supply操锚作业拖船 为无动力平台提供起锚、牵引服务 PSV platform supply vessel平台支持船 为平台提供勘探、开采过程中的物资 DSV diving

22、support vessel潜水支持船 为水下生产系统提供支持 IMR 维护与修理船 用于海洋平台及设备的维护修理 下水驳 主要用途： 下水驳船除了具备像其它运输驳船一样装运大型结构物、钢桩、各种散件的能力外，其特殊用途是可以将大型导管架从码头滑移到驳船上。经过海上运输到达指定海域，靠其特殊的下水装置将导管架滑入水中，再用浮吊将导管架扶正，而扶正所需要的吊装力仅为导管架重量的十分之一或更小，从而解决了浮吊起重能力不足的问题。操作过程 1.导管架滑移装船2.导管架滑下水3.摇臂翻转与复位半潜船半潜船（semi-submerged ship ）是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙

23、门吊、预制桥梁构件等超长超重，但又无法分割吊运的超大型设备的特种海运船舶。 建造半潜船的技术比较复杂，此前只有荷兰能够建造此类船舶并垄断了国际海运市场。2000年10月12日，美国科尔（COLE）号宙斯盾导弹驱逐舰在也门亚丁港加油时遭恐怖分子袭击，船身中部被炸开了一个巨大的窟窿，失去了航行能力。由于当地修船的技术设施都未能达到要求，以及惟恐军舰在附近修理会再次遇到袭击或导致军机泄密等原因，美国人不得不花费巨资租用荷兰DOCKWISE航运公司新建的世界最大半潜船BLUE MARLIN（蓝色马林鱼）号将重达8000多吨的科尔号运回美国本土修理。 中国是继荷兰之后第二个建造自航式半潜运输船的国家。1

24、999年12月，中远航运股份有限公司向广船国际订造了“泰安口”号18000吨级半潜船，和姊妹船“康盛口”号。同时，台湾高雄造船厂为挪威船东建造了世界最大的半潜船BLUE MARLIN（蓝色马林鱼）号。（“口”字系列是中远集团对滚装船和半潜式船的命名方式）。海洋环境中金属的腐蚀与防护一. 金属腐蚀的危害 二. 金属为什么会腐蚀？1.热力学稳定性要求：2.金属材料的电化学不均匀性： 金属与周围介质发生反应而遭到破坏的最常见的是电化学腐蚀。由于金属表面与介质，如湿空气、电解质溶液等接触，在接触界面上发生金属阳极溶解过程，同时还存在相应的阴极过程，构成自发的腐蚀电池，使金属阳极溶解持续进行。从而引起金

25、属的各种形式的腐蚀。 从微观的尺度看，所有金属都存在结构的电化学不均匀性。比如金属晶间的位错、变形、断裂、金属某种成分的偏析、晶体结构的缺陷等。3.外部环境的电化学不均匀性： 除了金属材料本身的电化学不均匀性外，外界环境的不均匀或不一致也导致各种腐蚀电池的形成。三. 海洋环境对腐蚀的影响 由于材料的行为随暴露条件的不同而会有很大的变化，因而通常是按具体的环境区域来讨论其性能的。这些区域是： 海洋大气区 :海洋大气区海盐粒子使腐蚀加快 ,干燥表面与含盐的湿膜交替变换形成物理、学和电化学作用影响金属腐蚀。飞溅区 :在海洋环境中腐蚀最严重的部位是在平均海潮以上的飞溅区。由于经常成潮湿表面 ,表面供氧

26、充足 ,无海生物污损。长时间润湿表面与短时间干燥表面的交替作用和浪花冲刷 ,造成物理与电化学为主的腐蚀破坏 ,且破坏最大。 潮差区 :钢结构在潮差区的腐蚀为最低 ,甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蚀率。在平均低潮位以下附近区域的腐蚀出现一个峰值 ,这是因为钢桩在海洋环境中 ,随着潮位的涨落 ,在水线上方湿润的钢铁表面供氧总量比水线下方的浸在海水中的钢结构表面要充分得多 ,且彼此构成一个回路 ,由此成为一个氧浓度差宏观腐蚀电池。腐蚀电池中富氧区为阴极 ,即潮差区 ;相对缺氧区为阳极 ,即平均低潮位水线下方的区域。总的效果是整个潮差区中每一点分别受到了不同程度的阴极保护。而在平均低潮位以下则经常作为

27、阳极而出现的腐蚀峰值。 水全浸区 :在海水全浸区的腐蚀中 ,浅海腐蚀可能比海洋大气中更迅速 ,深海区的氧含量往往比表层低得多 ,水温近于 0,腐蚀较轻。海底泥土区 :存在硫酸盐和还原菌等细菌 ,海底沉积物的来源及特征不一。受海水影响少 ,且温度低 ,腐蚀程度小 ,只是在海流作用交界处有一定腐蚀。海水的组成：海水是由多种盐类物质，主要是氯化镁和氯化钠组成的。盐度的分布规律: 世界大洋的平均盐度为 3.5%，由南北半球副热带海区，分别向两侧高、低纬度递减。 世界盐度最高海区红海为4.1% 世界盐度最低海区波罗的海为 <1%影响盐度分布的因素： 外海或大洋：降水、蒸发 近岸：河川径流四. 腐蚀

28、的分类和腐蚀电池 1.化学腐蚀 金属表面与环境介质发生化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀。它的特点是在化学作用过程中没有腐蚀电流产生。金属在干燥的气体介质中和不导电的液体介质（如酒精、石油）中发生的腐蚀，都属于化学腐蚀 2.电化学腐蚀 金属在导电的液态介质中由于电化学作用而发生的腐蚀叫做电化学腐蚀，在腐蚀进行过程中有腐蚀电流产生。大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等都属于电化学腐蚀。例如碳钢在电解质中的腐蚀，Fe3C电位较正而Fe电位较负，它们会组成腐蚀微电池，Fe3C为微阴极而析出氢气，Fe为微阳极被腐蚀成为铁离子。如由两种以上电位不同的金属组合在一起和电解质溶液接触形成的电池叫做大电池，电

29、位较正的金属（如铜）为阴极，电位较负的金属（如铁）为阳极而被腐蚀。 形成腐蚀电池的条件：必须有阴极和阳极，阴极和阳极之间必须有电位差，阴极和阳极之间必须有金属的电流通路，阴极和阳极必须浸在同一电解质中，电化学腐蚀： 1.均匀腐蚀当金属发生腐蚀时，腐蚀作用均匀地分布在整个金属表面上。这类腐蚀造成的损失，相对来说其危害性没有局部腐蚀严重。2.局部腐蚀当金属发生腐蚀时，腐蚀作用集中在某一定的区域内，而金属的其余部分却几乎没有发生腐蚀，这类腐蚀造成的危害较均匀腐蚀严重。局部腐蚀又可分为：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀以及腐蚀疲劳等不同类型。五. 控制金属腐蚀的方法1

30、.合理选用耐腐蚀材料。2.阴极保护：牺牲阳极阴极保护：外加电流阴极保护：3.表面涂装和覆盖物：主要包括： 电镀： 火焰喷涂：热浸镀：涂装：4.缓蚀剂； 阳极型缓蚀剂：使腐蚀的阳极过程变慢；阴极型缓蚀剂：使腐蚀的阴极过程变慢； 吸附型缓蚀剂：使腐蚀的阴极过程和阳极过程变慢。导管架平台导管架平台§ 1.导管架平台的结构组成2.导管架平台的海上安装 导管架 这是整个平台的支撑部分，是用钢管焊接而成的一个空间钢架结构。它的制造工艺复杂，就拿两管相交处的相贯线的加工来说，一般的切割工艺都不能满足要求，必须用数控切割机床进行加工，这就需要先求出相贯线方程，输入机床的控制台，方可进行切割。1）管节

31、点导管架的薄弱环节是管节点，管节点的类型有许多种。由两根正交的管子构成的管节点叫做T型管节点。如撑杆与主管以锐角相交，该连接称为Y型节点。如果两根撑杆都在弦管的一侧，即每根撑杆的中心线与弦管的轴线形成锐角，该连接称为K型节点。如果一根撑杆与弦管垂直，另一根以锐角相交，该节点称为N型节点。当两根撑杆从弦管两侧正交并使所有三根管子处于同一平面，该连接称为X型节点或十字型节点。2）偏心连接在一个平面节点内，在两个或多个纵向轴交叉处，从撑杆轴与弦管轴的交叉点至弦管轴的垂直距离定义为偏心距。负偏心距引起撑杆的搭接；正偏心距促使弦杆上撑杆的分开。对于具有静力载荷的薄壁弦管，负偏心距与零偏心距连接相比可提高

32、承载能力。然而，具有搭接撑杆的节点与无搭接的节点比，其节点的疲劳寿命可能降低。 导管架平台的结构组成 导管架的作用帽 其作用是连结导管架与上部平台这也是一个空间刚架结构，它与导管架的连结处，焊有销桩，就位时，先插入销桩，然后焊成一体。工作平台 它用于放置钻井设备，提供作业场所，以及工作人员生活场所。 导管架平台的海上安装 提升法 滑入法 浮运法工作平台的安装 吊装 浮装SPAR平台Classic spar：是一个在水中垂直悬浮的圆柱体，整体直径较大，主体尺度一般都在 100m 以上，重心位于水线面以下很深的位置。庞大的主体内部采用垂直隔水舱壁和水平甲板分隔成多层多舱结构，并具有各自的功能。 分

33、为：硬舱、中段和软舱。 硬舱：主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分称为硬舱。硬舱位于主体的上部，是整个 spar 平台系统的主要浮力来源。这部分中的舱室分为固定浮舱和可变压载舱。在靠近水线面处的浮舱外层还布置有双层防水壁结构，在平台撞击损坏时能够起到保护浮舱的屏障作用。中段(midsection)：可变压载舱底部至临时浮舱顶甲板之间的部分称为中段。其功能是刚性连接 spar 平台主体硬舱和软舱，并且保护中央井中的立管系统不受海流力的影响。 中段部分最主要的两个结构是外壳体和内壳体，外壳体位于主体的最外侧，负责保护主体内的舱室，贯穿整个中段部分，这就是平台的储油舱。另外，spar 平台的系泊索与

34、平台主体的连接点也位于中段，中段的主体外侧装有定滑轮结构的导缆器。 软舱(soft tanks)Spar 平台主体在中段以下的部分称为软舱。 Spar 平台的压载大部分由软舱提供。软舱中的舱室分为固定压载舱和临时浮舱。 Truss spar 桁架结构： 是一个类似于导管架(jacket)结构的空间钢架，同传统 Spar 的金属圆柱中部结构相比，可以节省 50的钢材。 通常由无内倾立腿，水平撑杆，斜杆和垂荡板(Heave plate)组成。桁架中的管状部件在整个 Spar 的使用过程中均产生浮力。 垂荡板通常由带支架(Girders)的刚性金属结构组成，通常水平撑杆支撑，通过增加垂直和正交的撑杆

35、来减少垂荡板之间的跨距。 垂荡板的主要作用是增加 Spar 平台垂直运动的附加质量和阻尼，同时也为顶端张紧立管和钢制悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCRs)提供侧向支撑。 通过将桁架腿柱构件伸长至顶部硬舱和软舱壳体结构中，来连接桁架和硬舱。 Truss spar与同等规模的 Classic Spar平台相比，Truss Spar平台具有更为优良的运动性能和更低的造价。Cell Spar 多柱式 Spar 的最大优点在于，同现有的spar 平台相比，它降低了建造难度，经济性较好。Cell Spar 平台的主体是由若干个小型的、中空的圆柱型主体组成的。在组装时，以一个小型

36、圆柱体作为中心，将其他的圆柱体环绕捆绑在该圆柱体上，从而形成一个蜂巢形的主体结构。 Cell Spar 平台每一个圆柱形主体部分的直径相同，长度不一样，可以分为长部分和短部分两种类型。各圆柱体分部以顶部为基准对齐，并采用钢架结构固定组装到一起，位于中体中央的是一个短圆柱体，其他的圆柱体分部构成了主体的外围。各支撑腿之间采用数层垂荡板结构连接起来，一方面满足了主体自身强度的要求，另一方面还增加了平台的附加质量，降低了垂荡运动的固有周期。 另外，主体的硬舱和中段支撑腿上都安装了螺旋形侧板结构，目的是减少涡流对平台运动的影响。 半潜式平台构造形式 半潜式平台的基本构造由平台主体（甲板结构）、下浮体、

37、立柱和支撑（桁撑或撑杆）四个部分组成。平台主体用于布置各种设备、作业场所以及人员生活舱室等。 下浮体提供所需的绝大部分浮力，其内部空间经过分隔后布置燃油舱、淡水舱、压载舱等液舱及泵舱、推进装置舱等。 立柱将平台主体和下浮体连接起来。 支撑物的作用在于保证平台主体、下浮体、立柱三者间的可靠连接，从而确保平台整体的强度和刚度。 平台主体 平台主体是由甲板、围壁以及若干纵向和横向舱壁所组成的箱型结构。甲板可以有几层，如主甲板、中间甲板、下甲板等。平台主体具有储备浮力，即平台主体应为水密或具有一定的水密性。平台主体可以是一个整体的箱型结构，也可以是若干纵横箱形结构的组合体，如“田”字型、“井”字型等。

38、下浮体 半潜式平台下浮体的型式可分为浮箱式和下体式两大类。 浮箱式的半潜式平台立柱一般均匀地分布在同一圆周上，每一立柱的下端连接一个浮箱。浮箱的形状可分为圆柱形、长方体形、球形或船形等。 新设计建造的半潜式平台大都采用两个下浮体，立柱分两排直接竖立在下体上，每排立柱数可为两根、三根或四根。下体的横截面形状通常为四角用圆弧过渡的矩形或船形，首端和尾端的形状也往往用简单的几何形状，也有做成流线型的船首尾形状，以减小水阻力和提高推进效率。立柱 立柱内设有通往下体的垂直通道，此外还设置二到三层水平平台以实现立柱的水平分隔。为了保证破损稳性，立柱外壳与垂直通道之间还必须进行周向分隔，以保证水平分隔的有效

39、性。锚链舱一般也布置在立柱底部。立柱下端的隔舱可作为压载水舱。立柱上端的隔舱常用作散装材料的贮存舱。半潜式平台的操作状况 半潜式平台前往某一海区作业至完成作业后离开的全过程，可用如下的操作程序说明：以上一系列的操作过程中，最基本的操作状况是：作业状况、自存状况和移航状况，其余操作状况是各基本操作状况的过渡状况。下面对几种基本操作状况作一说明。作业状况 半潜式钻井平台的作业状况是指平台在井位上钻井或进行其他操作时的状况。该状况下平台应能承受与规定的作业状况设计标准相应的环境载荷和作业载荷的组合载荷。自存状况 自存状况即风暴状况。半潜式钻井平台的自存状况是平台处于与规定的自存状况设计标准相应的最恶

40、劣环境条件中的状况。此时，钻井作业或类似作业已经中止，进一步的措施是关闭防喷器和脱开隔水管，放松上风舷锚链，平台漂浮在水面上自存。移航状况 移航即半潜式平台从一个地点转移到另一个地点的过程中所处的状况。移航的方式，对具有自航能力的平台而言，有自航和拖轮助航两种。前者与一般的自航船舶无异；后者配备一艘拖轮（一般是多用途拖轮）相随备用，在坏天气到来以前连接上拖缆，对平台助航。对无自航能力的平台，移航便是拖航。3 海洋石油钻探与生产装置3.1 概述 一，它的用途多样化。 二，对恶劣环境适应性增强。 三，节约材料，安全可靠程度提高。 最大优越性是，若在某一个井位钻不出油气，可以很方便地移至另一个井位。

41、 最大的毛病是，只能工作在较浅的海上，当水深超过30m ，由于结构很复杂、又笨重，则不经济。 具有较大的灵活性，造价也比较低，且在工作时，一经固定以后，平台很固定，能在大风浪中继续工作，因而用它在较深水中进行勘探钻并非常有效。 作业水深有限 优点是它的机动性较高，能适应较大的水深，有利于扩大海上作业的范围。它能利用旧船进行改装，便于建造和维修又节省建造时间和费用。 拥有优良的耐波性。良好稳定性和航态可控性。发展潜力大。造价高。采油（生产）平台。海上油田常规开采模式（六个程序）1. 由地球物理勘探船对海底地质进行调查，通常采用的是以地震勘察法为主的各种地球物理勘探方法，用以找出有希望的含油气构造

42、。2. 在该构造上进一步采用移动式钻井平台，按选好的井位钻井取芯，对地层作更详细更具体的调查。如钻的井有油气发现，而且数量达到一定标准时，就称这口井为发现井。 3.为了对油气构造进行评价，还要由移动式钻井平台钻若干评价井与探边井。通过评价井可以更进一步地掌握该含油构造的油气范围，性质，产量及储量方面的材料。4.根据上述取得的材料，进行综合性研究，以确定油田是否开发，进而提出最佳的开采方案，选择合理的开采工艺。5.钻生产开发井。开发井中包括生产井和注入井（注水和注气），这些多数是定向井。钻生产开发井可用移动式平台，也可用固定式平台。6.当部分开发井完成后且原油的集中、处理、储存及输送系统完备后，

43、油田即可投产。自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构组成独立腿式由平台和桩腿组成，各桩腿互相独立，不相连接，整个平台的重量由各桩腿分别支承，桩腿底部常设有桩靴，桩靴有圆的，方的或多边形的，面积较小，目前最大的约宽17米，桩靴所受的承载压力约为2.42.9Pa，在北海可能达到4.8Pa。自升式钻井平台在移位前，必须知道新井位的容许承载压力，以便加大支承面积，减小插入深度。一般来说，独立腿式虽可在任何地方工作，但通常适用于硬土区、珊瑚区或不平整的海底。沉垫式由平台、桩腿和沉垫组成，设在各桩腿底部的沉垫，将各桩腿联系在一起，整个平台的重量由相联各桩腿支承。沉垫是连接在自升式钻井平台的桩腿下端，或在坐底

44、式钻井平台立柱的下端，用来将整个平台支承于海底的公共箱形基座。平台下体的部分构件，用了沉垫就增大了平台坐底时的支承面积，减小了支承压座力，使桩腿或立柱陷入海底的深度减小。当平台定位后要升起时，不需要预压。在平台拖航时，沉垫浮于水面或接近水面，有提供浮力与稳性的作用。为了防止坐底时海底有海流流速的冲刷作用，一般在沉垫四周底部设有能插入海底的裙板，以防止周围的海底被淘空，影响平台的安全。沉垫式平台适用于泥土剪切值低的地区，要求保持的承载力较低，通常的承载压力为0.24-0.29巴，其吃入海底深度很小，在1.5-1.8米之间，作业区的海底要求相当平，海底最大斜度限于1.5°,不适用于有珊瑚

45、层或大块岩层地区，因为不平整的海底可能会破坏平台结构。3.2.1 自升式平台 Jack-up自升式平台的结构1.平台主体2.桩腿3.升降装置3.2.1 自升式平台 Jack-up1.平台主体自升式平台的主体通常是一个具有单底或双层底的单甲板箱形结构。 甲板以下布置柴油发电机舱等动力舱室、泥浆泵舱等钻井工程用舱室和其他工作舱室，以及燃油舱、淡水舱、压载水舱等液体舱，如设双层底，则燃油及淡水布置在双层底内。 甲板上布置钻台与井架、钻杆与隔水管堆场、管架、起重机、生活舱室、升降装置室、直升机平台等。主体的平面形状和桩腿的数目密切相关，一般有三角形（三腿）、矩形（四腿）和五角形（五腿）等2.桩腿 桩腿

46、的型式可分为壳体式及桁架式两种壳体式是钢板焊制的封闭式结构，其截面形状有圆形和方形。为了与升降装置相配合，在桩腿上沿轴线方向附设有几根长齿条或设有几列销孔。桁架式桩腿的截面形状多为三角形或方形。三角形的桁架腿由三根弦杆及把弦杆联接起来的水平杆、斜杆、撑杆等组成，方形的桁架腿则由四根弦杆以及水平杆、斜杆和撑杆组成。桩腿下端的结构形式具有重要意义。这部分结构是直接与海底相接触的，是支承平台的基础。按海底地貌和土质的不同情况，桩腿下端可采用插桩型、箱型、沉垫型等不同形式。插桩型的下端具有较小的支承面，甚至略带锥形，以适应较硬的海底。使用最多的是箱型，它在每一根桩腿的下端附设一桩脚箱，亦称桩靴，这样可

47、以增大海底支承面积从而减小桩腿插入海底的深度。减小插入深度的意义不仅在减小所需桩腿长度，更重要的是提高了插桩和拔桩的安全性。由于拔桩时常需用高压水冲掉桩靴周围的泥土，因此桩脚箱内设有冲水系统。沉垫型是将几根桩腿的下端固定到一个共同的大沉垫上。由于沉垫的支承面积很大，故适用于软地基区域，但海底必须是平坦的。一般认为海底的极限坡度应不超过1.5度。沉垫型的好处是不需要预压。但地基未经预压也有缺点，平台在波浪力等交变载荷作用下，地基土将发生变形和强度减弱等情况，致使这类平台在大风浪中容易发生水平滑移。这方面的资料国内外均有报道。水平滑移的距离少则几米，多则成百上千米，危害极大。根据我国实践经验，如无

48、特殊措施，这类平台不适宜于在淤泥地区使用。 平台桩腿的数目与安全性、升降操作和平台造价有关。三桩腿和四桩腿是最常见的，也有五腿的。从减少钢料重量和相应的升降装置的数量、降低造价而言，三腿最为理想。但腿数越少，则要求每一根桩腿的举升能力越大，使得升降装置的设计与制造更加困难。在预压时或风暴中，若三腿中有一腿发生突然下陷，平台将随之产生倾斜，造成升降装置、桩腿（尤其是齿条与弦杆）、平台主体等结构的损坏。四腿支承的平台具有较大的刚性，相应的矩形结构在总布置和制造等方面也要比三角形平台方便一些。我国已设计、制造的自升式平台多数是四桩腿式的。五桩腿虽有较好的安全性，比较适用于多风暴多地震的海区，但由于重

49、量大、造价高等原因，较少采用。桩腿升降装置升降装置安装在桩腿和平台主体的交接处，驱动升降装置能使桩腿和主体作相对的上下运动。升降装置也具有把平台主体固定于桩腿某一位置的作用，此时升降装置主要承受垂直力，水平力则由固桩装置传递。最常用的升降装置是齿轮齿条式及顶升液压缸式。齿轮齿条式升降装置的齿条沿桩腿筒体或弦杆铺设，与齿条相啮合的小齿轮安装在齿轮架上，并由电动机或液压马达经减速齿轮驱动。当主体漂浮于水面时，驱动齿轮可使桩腿升降，而当桩腿支承于海底时，驱动齿轮则可使主体升降。一根桩腿上常常铺设有多道齿条。销子、销孔和顶升液压缸是另一种升降装置。每一桩腿有两组液压作动的插销和一组顶升液压缸。 评价升

50、降装置：1.速度2.举升力3.站立状态支持能力和承载部件可靠性4.装置是否简单，操作是否方便5.维修保养是否方便6.任何部件发生故障会否引起灾难性事故 齿轮齿条式 工作连续 速度快 控制简单 精度要求高 载荷分配复杂 容易损坏 销子销孔式 工作间断 慢 但能吸震，工作平稳可靠。工艺要求低，操作麻烦，成本较高自升式平台的操作状况自升式平台使用过程中有各种不同的操作状况，在各种平台中是最复杂的。以钻一口井的过程来看，自升式平台必须经历如下的操作程序：以上各作业程序中，比较典型的操作状况是：移航、下桩（或提桩）、预压、钻井、拔桩（或插桩）等，现分别叙述如下。 移航 自升式平台的移航有自航、拖航、助航

51、等不同方式，大多为拖航。拖航时平台漂浮于水面，桩腿全部升起，该状况的特点是：受风面积大、重心高、摇摆惯性矩大，这些因素对平台的稳性、耐波性和强度都将带来很大的影响。由于事关安全，设计和使用者对平台该状况的性能必须充分重视。 下桩及提桩 下桩是把桩腿下放到离海底只有几米的地方，提桩则是将桩腿从海底拔出以后向上提升的过程。下桩和提桩时平台处于漂浮状态，但桩腿水中部分的长度以及平台的重心、浮心和质量惯性矩等要素都在不断地发生变化，因此，平台的初稳性、大角度稳性和摇摆等性能也随之变化。随着桩腿的下降，作用在桩腿上的流体动力和惯性力等不断增加，桩腿和主体的连接处将承受较大的静力与动力，特别是桩腿和海底相

52、接触或碰撞的情况。 插桩及拔桩 下放桩腿时，几根桩腿被同时下放到桩端离海底几米的地方时暂停。平台在拖轮的帮助下定井位并就位，然后迅速将全部桩腿同步下放触地，以免平台被流冲离井位而造成过大的定位误差。这种操作应在风、浪很小的情况下进行。例如，风速不大于四级，波高不大于1m。特别应避免平台在涌浪的作用下产生过大的垂荡等运动，使桩腿和海底发生危险的冲击。 插桩及拔桩 当平台钻完井欲离开井位时，首先需将主体降至水面，然后设法提起桩腿。一般将主体降到预定的浮态吃水，并试拔桩腿，如桩脚箱起不来（因桩脚箱上面有泥沙，底下受土壤吸附力的作用），可继续将主体降到超过预定吃水一定量（如0.3m）的地方，再行试拔。如仍拔不起，则要动用冲桩用的冲水系统，直至桩脚箱松动，可以提起为止。 预压 自升式平台除沉垫型外都需要预压。上面所说的插桩过程实际上与预压有密切关系，但预压有其本身的重要性和特点。 预压 为了不使自升式平台由于钻井机械等引起的振动、风浪等环境外力引起的倾覆力矩等原因而使桩腿继续下陷或突然下陷，导致平台发生严重倾斜甚至倾覆等