海洋平台结构设计课件第一章 绪论

1海洋平台结构设计

（DesignofOffshorePlatforms

）第一章绪论第二章设计荷载第三章导管架平台总体设计第四章平台甲板结构及附属设施设计第五章桩基设计第六章导管架设计第七章桩基平台的动力分析第八章圆管构件的强度及稳定计算海洋平台结构设计绪论本课程主要内容Chapter1introduction第九章管节点的设计与疲劳分析第十章移动式平台加工型式与主尺度第十一章移动式船体结构的设计第十二章移动式平台的重量与重心第十三章底撑式平台的着底稳性第十四章浮动式钻井平台的漂浮稳性第十五章锚泊系统第十六章移动式平台设计海洋平台结构设计绪论本课程主要内容Chapter1introduction书籍教材：《海洋石油平台设计》，陈建民主编，石油工业出版出版社，2012年5月第1版参考资料：《近海工程结构物——导管架平台》，姜萌主编，大连理工大学出版社，2009年8月第1版《船舶与海洋平台结构》，杨永祥主编，国防工业出版社，2008年12月第1版CCS海上移动平台入级与建造规范2005，人民交通出版社ABS-RulesForBuildingandClassingMobileOffshoreDrillingUnits2008.海洋平台结构设计绪论定义：海洋平台（offshoreplatform）为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，也是移动式平台、固定式平台等的统称；它由上部结构、设施与设备、支承结构等组成。海洋平台的定义及其作用

海洋平台是进行勘探开发海洋油气所需的关键装备之一。第一章绪论Chapter1introduction第一节海洋石油平台的类型海洋平台固定式平台混凝土重力式平台钢质导管架式平台坐底式平台移动式平台自升式平台钻井船半潜式平台张力腿式平台牵索塔式平台

导管架平台是由打入海底的桩柱来支承整个平台，能经受风、浪、流等外力作用。由上部结构（即平台甲板）和基础结构（包括导管架、桩）组成。

平台甲板的尺寸由使用工艺确定；

桩数、桩长、桩径由海底地质条件及设计荷载决定；

导管架立柱的直径取决于桩径；

导管架立柱水平支撑的层数取决于立柱长细比的要求。一、桩基式导管架平台导管架平台的特点1.整体稳定性好2.

刚度大3.

受季节和气候的影响较小4.

抗风暴能力强5.

安全可靠6.

结构简单7.

造价低上部结构基础结构导管架平台的应用

导管架平台是在软土地基上应用较多的一种桩基平台

工作水深一般在十余米~200m的范围内，也有超过300m的

目前是世界上使用最多的一种平台

它是从设计理论和建造技术来看最成熟、通用的平台形式

重力式平台是依靠自身重量维持稳定的固定式平台，由上部结构、立柱和基础结构三部分组成。

重力式平台

基础分为整体式和分离式两种：（1）整体式基础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫（2）分离式基础用若干个分离的舱室做基础，它对地基适应性好，受力状况好二、固定重力式平台钢筋混凝土重力式平台钢结构重力式平台钢和钢筋混凝土重力式平台重力式平台的特点1.

海上装配量少2.

贮油能力强3.

与海底连接程度好4.

抵抗外载能力较高5.

钢筋混凝土节约钢材和提高防腐能力，且不需打桩6.

设计时应防止基础舱壁失稳上部结构立柱基础

（1）顺应塔式平台：与固定平台相似，均具有支撑水面设施的导管架钢制结构；但会随水流或风荷载移动。

水上设施包括钻井、生产及生活楼模块；

支撑结构包括下部与上部两部分；

下部导管架借助重量，通过2～6个插入泥面以下数百英尺的桩固定于海底。

三、顺应式平台水上设施支撑结构桩顺应塔式平台的应用应用水深可达900～1000m,最佳工作水深在200～650m；

整体式基础多建造在密实的砂土上；分离式基础的面积取决于地质条件；

立柱的间距随水深而变，对地基和水深的适应性强，可用于地质条件较差的场合

（2）拉索塔式平台：是一种新型的海洋平台结构,其支承塔架下端着地，上端一般用多根钢索张紧固定。这种平台用料少，工作水深大，适用于大深度水域。

。三、顺应式平台

坐底式平台由钻井驳船发展而来。该平台适用水深为5～30m，且要求海底平坦

工作水深不能调节，愈深则所需的立柱愈长，结构愈重愈不经济，而且立柱在拖航时升起太高，容易产生事故。已日渐趋于淘汰。四、坐底式钻井平台我国“胜利二号”步行坐底式钻井平台

组成：一个上层平台和数个能够升降的桩腿工作过程：移航时桩腿升起，至井位后，船体升高作业，桩腿下降插入海底适用水深与海底条件：大陆架200m以内水深，硬土区、珊瑚区、不平整海底桩腿长度是自升式钻井平台的关键参数桩腿结构形式有柱体式和桁架式两类常用的桩腿数量为3根或4根

五、自升式钻井平台平台结构桩腿自升式钻井平台示意图海洋平台公司海洋平台公司该模块主要包括以下三部分:1.升降机构(JackingSystem)2.固定框架(FixedFrame)3.桩腿及桩靴(Leg&Spudcan)升降模块海洋平台公司海洋平台公司升降机构升降模块齿轮传动机构1齿轮传动机构2海洋平台公司海洋平台公司桩腿及桩靴桩腿桩靴桩靴的起吊桩腿的制作升降模块海洋平台公司海洋平台公司

该模块主要包括三大部分： 钻井系统

悬臂结构

滑移系统钻井模块海洋平台公司海洋平台公司钻井绞车井架天车游车大钩固绳锚钻井模块铁钻工海洋平台公司海洋平台公司钻井模块顶驱转盘司钻控制室防喷器滑移系统液压油缸海洋平台公司海洋平台公司钻井模块泥浆循环系统泥浆净化系统泥浆泵海洋平台公司海洋平台公司自升式平台的特点1.

适用于不同海底土壤条件2.

适用于相对较大的水深范围3.

移位灵活方便，便于建造4.

水深愈大，桩腿愈长，结构强度和稳性愈差5.

要求自升式钻井平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。

半潜式平台是大部分浮体在水面以下的小水线面的移动式平台，由坐底式平台演变而来。由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。

平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性；下体间的连接支撑一般都设在下体上方，当平台移位时，可使连接支撑位于水线之上，以减小阻力；平台本体高出水面一定高度，以避免波浪的冲击；下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。

六、半潜式钻井平台半潜式平台的特点1.

适用水深：500米～几千米2.

稳性比较好3.

造价高半潜式钻井平台的类型有许多种，主要差别在于水下浮体的形状与数目FPSO概念：

FPSO是英文FloatingProductionShortageandOffloading的缩写，中文译为浮式生产、储油、卸油船。这种船并不是一种真正意义上用于运输的船，它兼有生产、储油、卸油的功能，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。

七、钻井船（FPSO)FPSO外形类似油船，但其复杂程度要远远高于油船，涉及的复杂系统包括二十几个大类，如：单点锚泊系统、动力定位系统、油处理系统、废水处理系统、注水处理系统和直升机起降系统等，这类系统在运动型船中很少遇到。其他的惰性气体发生系统、消防救生系统、监控系统、发电系统等都高于运输型船舶的建造要求。钻井船的特点1.

在钻井装置中机动性最好2.

钻井性能却比较差3.

工作：钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部，以减小船体摇荡对钻井工作的影响4.

适用范围：适于深水作业，但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区FPSO功能

（1）兼有生产和储油的作用，是一座海上油气加工厂，具有小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力。（2）是一座储油轮，目前世界上正在服役的FPSO，其储油能力已达35万吨。（3）适应能力强，可在20-1000m水深范围内工作。（4）可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。（5）设计重现期高（100年），抗风浪能力强，可长期系泊、连续工作。钻井船示意图张力腿结构示意图TLP是一种垂直系泊的顺应式平台。它一般由平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（沉箱）、张力腿系泊系统和锚固基础五大部分组成。从结构特点看，TLP就像一个倒置的钟摆，是一个刚性系统和弹性系统两者综合的复杂非线性动力系统。八、张力腿式平台(TLP)

张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力可依靠锚索向下的拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。

张力腿式平台工作原理TLP平台的特点1.运动性能好2.

抗恶劣环境能力强3.

抗震能力较强4.

便于移位，可重复使用5.

造价低

Spar平台由转盘、浮筒、悬链式锚链组成浮筒具有贮油能力与生产设备；浮筒下一段备有贮油容器；浮筒上面一段设有转盘，居住舱及工作设备适用水深：600~3000m垂荡运动比半潜式平台小具有良好的动力稳定性有较大的储油能力经济性好九、Spar平台海洋平台结构设计绪论深水浮式平台概况第一章绪论Chapter1introduction第二节世界海洋石油平台发展概况目前全世界已有2300多套水下生产设施、204座深水平台活跃在全世界各大海域平台的工作水深和钻采深度不断创造新的记录深水钻井装备和铺管作业技术也得到迅速发展

半潜式平台半潜式平台的设计商半潜式平台的建造商半潜式平台的建造周期半潜式平台的造价半潜式平台的作业水深半潜式平台的技术水平划分半潜式平台设计的关键技术半潜式平台概况Spar平台设计关键技术波浪荷载级平台运动响应垂荡、纵摇运动不稳定性及控制技术涡激振荡及控制技术系泊系统和立管系统的作用与影响Spar平台发展历程深水Spar平台发展概况Spar平台在中国南海的应用前景海洋平台结构设计绪论初级发展阶段（2000年以前）第一章绪论Chapter1introduction第三节我国海洋石油平台发展概况具有代表性的装备是研制成功我国第一艘半潜式钻井平台（勘探3号）我国依靠自行设计，先后建成渤海1号、渤海3号、渤海5号、渤海7号、渤海9号共5艘自升式钻井平台，建成胜利1号、胜利2号、胜利3号共3艘坐底式钻井平台，以及勘探1号双体式自由式浮船、渤海友谊号FPSO海洋平台结构设计绪论持续发展阶段（2000~2006年）第一章绪论Chapter1introduction第三节我国海洋石油平台发展概况我国成功设计与建造的渤海友谊号FPSO的贡献在于首次将FPSO用于有冰的海域我国先后完成了渤海长青号、渤海世纪号、渤海奋进号、海洋石油3号等FPSO的自行设计；完成了宾果9000系列共4艘超深水半潜式平台的船体建造以及15万吨、17万吨、21万吨级别FPSO的建造；初步具备30万吨级别FPSO的船体设计和建造能力海洋平台结构设计绪论有所突破阶段（2006~2010年）第一章绪论Chapter1introduction第三节我国海洋石油平台发展概况导管架平台的发展自升式平台的发展半潜式平台的发展钻井储油平台的发展深水铺