近海与海洋工程导论

海洋资源类型与分类海洋生物资源（植物、动物），海洋化学资源（淡化后的海水、海水常量元素提取、海水微量元素提取），海洋动力资源（热力、海水运动的势能和动能、其他能量），海洋矿产资源（石油天然气、锰结核、其他矿物）海洋地貌的形态与特点大陆边缘：海岸带、大陆架、大陆坡和大陆隆及海沟海岸带：海陆之间的界限，又是海陆相互作用的地区；当水位升高时，常淹没于水面，水位降低时，则能露出水面。大陆架：基本特点是坡度小。大陆架海洋资源丰富，地形有利物质沉积。大陆架分三层：底层、中间层、表层。大陆隆：大陆坡在到达深海以前变得较为平缓的地带，是陆坡基部向海洋深处缓慢倾斜的沉积区。一般水深为2500~4000米左右，宽度可达1000公里之多。大陆坡：从大陆架外缘海底地形明显变陡的地区，坡度一般为2~7度，最大深度可达2500米左右，大陆坡是地壳活动活跃地段，火山，地震集中，大陆坡最大特点是有海 底峡谷。深海底：大洋盆地和洋中脊区大洋盆地：又称大洋床，海洋的主要部分，占海洋总面积的72%以上，地形广阔而又平坦，倾斜度小，深度从大陆隆起一直延伸到6000米左右。横向和纵向的海岭交错绵延，海底有海槽、海盆、海底高原等，特别引人注意的则是大洋中深度大于6000米的陷落地带一海沟，海沟存在于二个板块之间，亦有在大洋盆地上由断陷而形成。洋中脊：大洋中一些长长的海岭，常是地幔物质向地表溢流的地方。海洋现象的形式、影响形式：风、波浪、海流、海啸、天文潮和风暴潮、半日潮、风暴潮、海冰风：实质为大气的流动。波浪：由风引起。风浪的影响往往使海上作业被迫停止，甚至造成严重事故。海流：海水作一定方向的水平运动。寒流使气温降低，甚至海面结冰对海上各类建筑物或装置有很大威胁。海冰：海水结冰。海冰首先妨碍船舶航行，影响海上各项作业的展开。海域情况与大陆架特点大陆东面与南面为渤海黄海东海和南海所怀抱，渤海为我国的内海。这四个海的部面积为470多万平方公里，其中南海面积最大，体积也最大。我国广阔海域的海底地形与大陆一样是西高东低，总的趋势有西北向东南方向倾斜，渤海、黄海、东海的海底地形起伏不大，比较平坦，缓缓向东南方向倾斜，直到台湾以东才驱然下降到两千米以下，南海是一个比较封闭的较深盆地。我国的四大海域：黄海、东海、南海、渤海。海洋平台：固定式海洋平台：桩基平台（导管架平台、塔架式平台）、重力式平台（钢筋混凝土重力式平台、钢制重力式平台、钢——混凝土组合型重力式平台）、可搬移式平台活动式海上平台：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井船

导管架型平台的结构组成与作用结构：上部结构与基础结构上部结构：指导管以上部分的梁、板、立柱结构作用：在海上为钻井和采油提供足够的场地。基础构结：导管架和桩作用：导管架是在桩基施工时作为打桩的定位和导向，解决了海上施工时单桩定位操作上的困难。桩的作用是用来把平台锚固于海底，除承担平台的全部垂直荷载外还承受由风波海流冰等产生的水平推力。设计荷载类型：环境荷载、使用荷载、施工荷载。导管架平台的主要尺寸上部结构尺度的确定：甲板面积和高程。平台甲板面积：主要根据使用要求，工艺布置及设备的外型尺寸需要而定。上部结构竖向尺寸的确定：与拟建平台海域的潮位和波高大小有直接的关系。基础结构轮廓尺度的确定导管架主要尺寸的确定：导管架的平面尺寸由甲板尺寸和桩的倾斜度来控制的。导管架顶标高：考虑桩与导管联结构造上的需要和施工期间能在导管架架设临时工作平台。导管架底标高：导管插入设计泥面以下（冲刷线以下）足够深度，以保证足够的稳定性。导管架各层水平联系杆件的标高和布置：导管架水平联系支撑的层次主要取决于导管的柔度（长细比）及由桩决定的间距。桩基布置及桩数的确定桩基布置：在已确定平台面积及工艺设备布置的前提下进行。常采用双向斜桩成对称布置桩数的确定：和平台的使用条件有极为密切的关系。重力式平台的组成和特点组成：上部结构、腿柱、罐体基础钢筋混凝土重力式平台优点（1）可发挥多种用途，钻井、采油、储油等油田的全部工作。（2）节省钢材，用钢量比钢平台少，（3）尽管它的工程量大，但总工期并不比导管架式平台长。（4）钻井、采油都在腿柱内进行（5）防火、抗海水腐蚀、抗疲劳等性能都比钢结构好。缺点（1）它对地基要求高（2）木材用量大（3）抗冰性能差。（4）结构分析较复杂，计算工作量大。（5）要求较深的施工水域或坞坑，拖航阻力大。钢制重力式平台优点：结构较轻巧，自重小，能适应不平坦的海底地基，受水平环境荷载小，拖航吃水较浅，对振动荷载反应比钢筋混凝土平台小。钢——钢筋混凝土组合型重力式平台特点：充分发挥材料的特性，对较深的水域，海况恶劣的地区，软土地基或地震区等不利条件，均有较好的适应能力。

重力式平台的结构设计特点与选型特点循环条件方面：海上的自然环境条件因素远较陆上的条件复杂得多。平台的性能要求方面：设计的平台首先能满足工艺及使用要求，以及各个使用阶段或施工拖行过程中可能遭受到破坏，还有温度应力方面的影响。结构尺寸及计算方面：尺度之大陆上钢混建筑物不能比，结构复杂。安全度方面：存在很多不确定因素，出事后后果极其严重，需加大安全度。施工条件方面：海上施工条件恶劣，可作业时间短，天气多变。选型：传统的混凝土沉箱的形式，带消浪孔壁的结构形式，独腿柱到四腿柱的各种结构形式，足够结构形式。罐体主要轮廓尺寸的确定罐体的平面外形：大多采用圆形，正方形，六边形或对称多边形的形式罐体的截面形式：上顶下底均为扁球壳的圆筒罐，罐顶为扁球壳，罐底为平板的方筒或圆筒罐，环形壳顶的圆筒罐，平顶平底箱型罐体截面罐体面积的确定：储油量等工艺使用要求及建造水域的水深，自然环境荷载及土质条件，施工场地大小等条件。罐体高度及罐顶高程：罐体的高度主要与底面尺寸及要求的储油量有关。腿柱外形及腿柱顶部高程的确定：塔形腿柱，带消浪孔壁的结构形式。张力腿式平台平台结构通过收紧缆索，使浮体的吃水比静平衡浮态更向下沉使浮力大于浮体策略，该剩余浮力由缆索的张力来平衡。形式：垂直张力腿和斜向网状张力腿两种。活动式海上平台座底式钻井平台结构组成：上部结构、支撑结构、座底沉垫操作程序：拖航，就位，下沉，坐底，钻井，起浮，拖航。尺寸确定：设计总长度L：工艺布置要求，平台水力特性的要求，地基承载能力的要求，坞修能力的要求及其他因素。设计总宽度B：工艺布置要求，底座稳定性的要求，漂浮稳定性的要求，其他因素。设计高度H：沉垫入土深度+设计工作水深+静水面能上能下的波峰升高+波峰与上部结构底部之间的高度自升式钻井平台结构组成：上部结构、桩腿结构、升降装置操作程序：拖航，就位，下桩、预压，升船，钻井，降船，拔桩，拖航。尺寸确定：结构形式选择：三角形，矩形，五角形平台总高度h（不包括井架）：桩腿入土有效深度+设计水深+波峰到静水面的距离+船体的型深+固桩架高度+桩腿备用长度平台的型宽B：平台在极限风暴式的站立稳性，平台在漂浮状态的稳性平台的型深H：舱内待布置的机械、设备最高尺底，平台双层底和其他结构的高度平台吃水深度T：T/H=0.66~0.75平台的长度S：V/（B·T）半潜式平台结构组成：上部结构、立柱与桁撑、下潜体立柱的作用：一方面与桁架共同工作将上部结构支持在下潜体上；另一方面平台潜浮时，提供一定的水线面，使平台取得稳性桁撑结构的作用：将上部结构、立柱和下潜体三者联结起来，使其成为一空间结构，有效地将上部结构荷载传递到平台的立柱和下潜体上，并对风浪荷载所产生的力再分布。通常为管型水密结构，设置环形肋骨。有水平、垂向和斜向桁撑下潜体：水密壳体结构，作用：提供浮力，支撑平台全部重量和减少平台的整体运动 设计海况：设计水深：半潜式平台适应于深水，一般在10米~600米，经济水深为100~300米。对动力定位的半潜平台，不受水深限制设计工况：1）平台满载，半潜吃水此种工况下为：静水、无波浪、平台不运动。主要用来分析结构在重力、浮力作用下的强度。2）满载、半潜吃水、有一定的升沉运动核算平台有升沉运动时的强度，升沉运动主要由涌浪、海啸或地震引起。升沉运动会引起平台自重的增加，而且以向上的加速运动为结构的不利状态15、集输贮运系统类型：全陆式、半海半陆式和全海式全陆式油（气）集输系统：特点：有利于对所有的设备和装置的使用、维修保养和管理等，但所需的栈桥和管线是很可观的；而且在管道输送中出现混输的不合理现象。适用范围：这种全陆式的系统，只是在近海低产油田才考虑是否采用。就是说，即使是近岸低产油田也不一定采用全陆式。半海半陆式油（气）集输系统：特点：把工作量大、设备庞杂的设施和储罐移到陆上，尽量减少海上集输和贮运建筑物。但往往需要较多的海底管线。适用范围：对离岸虽较远，且井数较多，产量大而稳定的海洋油田，多数采用这种系统。全海式油（气）集输系统：台上式系统：特点：贮油制度设置于平台上受平台面积和荷载能力的限制，贮油罐的容量往往不会太大（一般约3000~5000米³）。加上运油驳船往返航行经常收受到海上多变的气候环境影响，往往由于贮存容量的限制会直接影响油井的正常生产，而且台上贮油不安全。适用范围：该系统只适用于生产量低、海洋自然环境条件又允许的海域。平台——单点系统：国外目前正在使用的这类设施，多数贮油船容量为50000~7000吨，大的可达150000吨以上。平台——贮罐系统：将海中油罐设置在平台附近的合适位置，油轮装油通过海中油罐。海底管线设计内容：（1）设计资料的收集、分析整理和汇总；