CN101259872B - 一种冰区海域作业的浮式平台 - Google Patents
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Abstract
Description
一种冰区海域作业的浮式平台
技术领域
[0001] 本发明涉及一种冰区海域作业的浮式平台，特别涉及一种对海冰具有抵抗作用的 冰区海域作业的浮式平台。
背景技术
[0002] 目前，我国的浅水海上油气开发主要集中在渤海。渤海地区由于所处纬度较高，在 冬季常常伴有海冰的出现，尤其在严寒的年份，结冰面积可达到渤海总面积的80%。导管架 等固定式平台在渤海的油气开采中起着重要的作用，然而由于其不可移动性以及不具备储 油能力的特点，限制了它的适用性。尤其对于一些作业水深相对较深的边际油田，导管架平 台的应用将使整个项目的经济性大大降低。
[0003] 为此，采用浮式平台进行油田的开采和作业，将大大降低海上油田开发成本。而目 前国际市场上浮式钻井船短缺，并且租金昂贵。对于边际油田，从经济角度而言，钻井设备 的租赁将占用油田开发较大的费用。若在浮式平台上配置小型钻井设备，实现其钻井、采油 一体化，可以解决钻井船（设备）短缺的问题，提高油田开采的速度和经济性。
[0004] 对于冰区海域的海洋结构，海冰对结构强度有较大影响。它对海洋结构的作用力 与海冰自身的特性、海洋结构的结构形式有关。其中，海洋结构的外形是个重要影响因素。 尤其对于浮式平台，需要设计适当的结构外形，使其受到的海冰作用力较小，从而保证它的 结构安全性。
[0005] 浮式结构依靠系泊系统进行定位。浮式结构的系泊形式分为多点系泊与单点系 泊。单点系泊由于其优良的风标效应广泛应用于FPSO等浮式结构中，但是单点系泊重要机 构的生产由国际上少数几个厂商垄断，价格上千万美元，十分昂贵。而多点系泊虽然造价较 低，但是其不具备风标效应的特性。在海冰等环境中，系泊结构有可能承受较大外力，从而 对多点系泊系统系缆的破断张力和强度提出较高要求。对于渤海等具备冰情的海域，多点 系泊方式的问题还在于：若系泊缆在系泊结构上的系泊点位于水面之上，当系泊结构在环 境力等外力作用下运动时，随着系泊结构的移动，系泊缆将与海冰反复撞击和摩蚀，从而加 速系缆的损耗。
[0006] 为此，需要设计一种适合冰区海洋浮式平台的系泊系统，综合单点系泊方式和多 点系泊方式的优点，使其能满足一定强度要求又具有良好经济性能。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种适于冰区海域油气开发，对冰具有抵御作用的浮式平台。
[0008] 为实现上述目的，本发明采取技术方案：一种冰区海域作业的浮式平台，包括上层 甲板1，平台本体2和上部设施6，其特征在于：所述平台本体2包括轴对称倒台形结构船体 3，使所述平台本体2与水的接触的水线面面积小于所述平台本体2上表面面积。
[0009] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述轴对称倒台形结构船体3为倒正圆台形结构船体、倒正椭圆台形结构船体或轴对称倒棱台形结构船体；所述轴对称倒台形结构船体 (3)的底面的互相垂直的对称轴的长度比为1 ： 1-1. 2 ；所述轴对称倒台形结构船体（3)的 底面的形状为四个边以上的多边形。所述轴对称倒台形结构船体3优选为倒正圆台形结构 或轴对称倒正棱台形结构。
[0010] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述轴对称倒台形结构船体3的侧面与其底面 的夹角为20°〜50°。
[0011] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述平台本体2还包括与所述轴对称倒台形结 构船体3具有共同对称轴的中心对称柱形体结构船体4，所述中心对称柱形体结构船体4的 一个底面与所述轴对称倒台形结构船体3的底部接合，使所述轴对称倒台形结构船体3的 底部与所述中心对称柱形体结构船体4组成一个上部结构为轴对称倒台形结构，下部结构 为中心对称柱形体结构的船体。
[0012] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述柱形体结构船体4的底面为圆形、椭圆形 或中心对称的棱形。
[0013] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述平台本体2优选为上部结构为倒台圆结 构，下部结构为圆柱体结构的船体。所述平台本体2的轴对称倒台形结构船体3与中心对 称柱形体结构船体4的高度比为1 ： 0.6-0. 8，具体综合平台载重量要求及所处海域海洋环 境而定。
[0014] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述浮式平台还设有系泊系统，所述系泊系统 包括锚机8、导缆器5和系缆7，所述导缆器5设在所述平台本体底部，使所述系缆7沿着所 述浮式平台内部经导缆器5由所述平台本体2的底部伸出；所述浮式平台设有位于所述平 台本体2的不同位置的三组以上所述系泊系统，每组所述系泊系统包括2根以上系缆7。所 述系缆7为锚链、纤维缆或钢缆或它们的任意组合。
[0015] 上述冰区海域使用的浮式平台中，所述平台本体2内部设有储油舱9、月池11和压 载舱10 ；所述月池11设于所述平台本体2轴心，所述储油舱9设于平台本体2底部，环绕 于所述月池11的外围，所述压载舱10环绕于所述储油舱9的外围。
[0016] 所述平台本体2底部设双层底。
[0017] 本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：
[0018] 1)具有了更加优良的浮体抗冰性能，它利用了冰弯曲强度大大低于挤压强度的特 性，设计了易于将海冰破碎的浮体外形，尤其在严重海冰条件下，该形式浮体平台具有更加 安全可靠的特点，解决长期以来浮体不能在严重海冰地区作业的技术难题；
[0019] 2)由于不同于为抗冰而使用大量钢材加强的传统方法，因此本方法可使浮体建造 成本大为下降，有效地提高了海上油气勘探与开采的经济效益；
[0020] 3)使用了将锚链从船底伸出的独特多点系泊系统设计方法，避免了海冰对锚链的 磨蚀，提高了系泊系统的可靠性与安全性；
[0021] 4)该浮体具备安装不同使用功能的设备，以达到海洋石油勘探开发过程中钻井、 采油、储油等不同需求的目的，它既适合常规海上油田开发，也适用于边际油田的开发。
附图说明
[0022] 图1为本发明的平台侧视图（主视图）。[0023] 图2为本发明的平台甲板示意图（俯视图，图1中A-A剖视图）。
[0024] 图3为本发明的平台舱室布置示意图（图1中B-B剖视图）。
具体实施方式
[0025] 如图1〜图3所示，为本发明所提供的冰区海域使用的浮式平台，它包括有：上层 甲板1，平台本体2，系泊系统，上部设施6 ；其中，
[0026] 上层甲板1，位于平台本体2上，提供平台生产作业所需的甲板空间。
[0027] 平台本体2的上部为轴对称倒台形结构船体3，承接上层甲板1向下延伸，轴对称 倒台形结构船体3可以是倒圆台形结构、倒棱台结构、或者底面为椭圆形的倒椭圆台结构， 如图1所示。这样的倒台形结构，一方面可使平台本体2与水的接触的水线面面积小于所述 平台本体2上表面面积（甲板面积），有利于平台上甲板使用面积的增大，也可以降低平台 所遭受的冰载荷的大小；另一方面，海冰作用在直立桩柱结构上时产生较大的水平挤压力。 海冰作用在具有倾斜面的结构物上时，海冰将以较弱的受弯方式发生破坏。倒台型结构使 舷侧具有倾斜面，因此，使冰在与平台的作用过程中产生弯曲破坏，相比较于冰与直立船体 所产生的挤压破坏，冰达到弯曲破坏所需的力远远小于挤压破坏所需的力，也就是说当冰 产生弯曲破坏时对船体的作用力，远远小于冰压缩破坏时对船体的作用力。轴对称倒台形 结构船体3的侧面与其底面的夹角为20°〜50°，可根据平台尺度要求在此范围内进行取 值，以便同时满足海冰作用力最小化和油气开发、开采等作业的要求。
[0028] 上述轴对称倒台形结构船体3的底面的互相垂直的对称轴的长度比可设计为 1 ： 1-1. 2，使其本实施例的浮式平台的船长与船宽接近；轴对称倒台形结构船体3的底面 可为四个边以上的几何多边形或圆形或椭圆形，以保证其在不同方向的海洋环境载荷都有 着较好的适应性。
[0029] 本实施例中，如图2所示，轴对称倒台形结构船体3为倒圆台形结构，由于风、浪、 流以及海冰可能从任意方向袭来，故相比较于船型浮式平台，圆形船体可以有效的减小环 境力对平台的影响，从而降低系泊系统的张力，同时圆形水线面船体也有利于抵抗任意方 向袭来的冰载荷，充分发挥了圆形的水线面船体所具有的良好环境适应性的优点。
[0030] 平台本体2的下部结构由于对海冰作用力没有影响，可以根据布置、建造需要和 结构受力情况设计其尺度和形式，而非必须的倾斜舷侧，本发明在轴对称倒台形结构船体 3的底部还设有与所述轴对称倒台形结构船体3具有共同对称轴的中心对称柱形体结构船 体4，这种结构可使平台各个方向受力均勻，具体可以将对称轴的中心对称柱形体结构船体 4设计成圆柱形。
[0031] 为了保证海面海冰与平台本体2上部结构的接触面为倾斜面，本发明在使用时可 调节压载使其轴对称倒台形结构船体3的底部至平台水线面应有1〜2米的距离（具体视 海域冰情（冰的厚度）而定），本实施例中，根据目前综合平台载重量要求及所处海域海洋 环境，设计上述平台本体2的轴对称倒台形结构船体3与中心对称柱形体结构船体4的高 度比为1 ： 0.6-0. 8，以方便调节压载，控制平台水线面位置。
[0032] 上述平台本体2的材质为钢材。
[0033] 上述浮式平台的系泊系统，包括锚机8、导缆器5、系缆7;所述锚机8设于甲板上。 所述导缆器5设在上述平台本体2底部内侧，使所述系缆7可沿着所述浮式平台内部，经导缆器5由所述平台本体2的底部伸出。本实施例中，系泊系统还包括一个锚链舱12，设于 锚机8附近的平台本体2上部，使上述平台作业时，尽量位于水线面以上；一供系缆7通向 导缆器5的浮式平台内部系缆通道13，设于锚链舱12附近，并与其空间可以相通，使系缆7 可以沿着浮式平台内部系缆通道13到达导缆器5，经导缆器5的导缆孔由平台本体2的底 部伸出。上述结构使导缆孔设在了水面以下大于an距离的位置（该位置基本没有海冰）， 系缆7由导缆孔向海底延伸，与海底的锚连接；导缆孔以上系缆部分也得到船体外板的保 护，这种结构避免了系缆与海冰的直接接触，保证系缆7不受海面浮冰的影响，达到保护系 缆的目的。系泊系统可设为多点系泊系统，系缆的布置形式和数目根据环境力和平台定位 需要确定，具体可设三组以上上述系泊系统，每组设置2根以上系缆7。系缆的材料可以是 锚链、纤维缆或钢缆或者它们的任意形式组合，以满足受力要求和使用要求为准。上述系泊 系统提供了一种适合冰区海域使用的、经济性好的系泊方式。
[0034] 上部设施6包括生活楼、井架等，上部设施6和内部舱室安装有钻井设备、采油设 备、油气处理设备等，使本实施例的浮式平台具有集钻井、采油、储油、输油与生活功能于一 体的功能，它既适用常规油田开发，也适用于边际油田的开发。在当前钻井船紧缺的情况 下，油田可以使用这种平台进行钻井作业。在钻井完毕后，可直接进行采油生产。这种作业 方式将加快油田开发的速度，减少油田开发的成本。
[0035] 在舱室布置方面，如图3所示，平台本体2内部设有储油舱9、月池11和压载舱 10等；月池11 (用于海底钻井开发的通道）设于平台本体2轴心，储油舱9设于平台本体 2的下部结构（中心对称柱形体结构船体4)底部内侧，环绕于所述月池11的外围，压载舱 10(压载和调载舱）环绕于所述储油舱9的外围，与平台本体2的底部设有双层底，这样的 舱室布置提高了平台储油舱的安全性，可有效的防止由于碰撞产生船体破损，从而可能出 现的溢油事故，满足了环境保护的要求。同时，压载舱布置于外围，更有利于平台的调压载。 平台上部结构（轴对称倒台形结构船体3)和上部舱室主要放置用于钻井、采油设备、公共 设备、钻井材料等物资。
[0036] 综上所述，本发明与已有技术相比，具有如下优点：
[0037] 1)利用了冰弯曲强度大大低于挤压强度的特性，设计了本发明易于将海冰破碎的 浮体外形倒台形机构，使本发明具有了更加优良的浮体抗冰性能，尤其在严重海冰条件下， 该形式浮式平台具有更加安全可靠的特点，解决长期以来浮体不能在严重海冰地区作业的 技术难题；
[0038] 2)由于不同于为抗冰而使用大量钢材加强的传统方法，因此本方法可使浮体建造 成本大为下降，有效地提高了海上油气勘探与开采的经济效益；
[0039] 3)使用了将锚链从船底伸出的独特多点系泊系统设计方法，避免了海冰对锚链的 磨蚀，提高了系泊系统的可靠性与安全性；
[0040] 4)该浮体具备安装不同使用功能的设备，以达到海洋石油勘探开发过程中钻井、 采油、储油等不同需求的目的，它既适合常规海上油田开发，也适用于边际油田的开发。
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