CN102167141A - 一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统 - Google Patents

Abstract

一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统属于深海钻井和生产平台技术领域。目的在于克服现有SPAR平台的缺陷，改善平台的节点疲劳应力、运输的稳性特性和建造难度，满足平台运动性能稳性、结构强度、疲劳寿命等相关要求。为此，本发明的解决要点是：硬舱采用四根立柱，同水平连接舱室连接为平台提供浮力，加强了连接强度，减少了平台所受的水平波浪力。桁架结构采用直径较大的圆柱，降低了连接的节点应力，垂荡板的设计为箱型结构，降低了建造难度和维护难度，延长平台的使用寿命，不仅为平台垂荡运动提供了阻尼，还为平台提供浮力。软舱采用不对称结构，保证了平台的重心在浮心之下，不同状况下可提供压载和浮力。

Description

一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统

技术领域：

本发明涉及一种深海钻井和生产平台系统，尤其是SPAR平台的硬舱、软舱和垂荡板的设计。

背景技术：

石油作为一种战略性资源，对推动国家发展有着至关重要的意义。近年来，我国对石油的需求快速增长，海洋油气发展迅猛，浅海油气资源的开发已日渐饱和，深海油气的勘探开发由浅海向深海发展已成必然趋势。

SPAR平台是海洋石油生产平台的一种，它广泛适用于从水深300米至水深3000米的深海，可以进行开采油气、钻修井、油气处理、石油储藏和装卸等多种工作，具有良好的实用性和经济性，在世界范围内得到了广泛的应用，被国际上公认为是下一代深水平台的发展方向。

目前SPAR平台主要有三种形式：Classic Spar(经典立柱平台)、Truss Spar(桁架立柱平台)和Cell Spar(管束式立柱平台)，其中Truss Spar(桁架立柱平台)具有造价便宜、减小垂荡运动、降低拖曳载荷、减小涡激振荡等优点，但在作业时，桁架结构、垂荡板以及结构的连接结点都受到波浪的连续动力载荷，因此所受的节点疲劳应力大，易导致结构疲劳寿命降低。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有SPAR平台的缺陷，在吸收和融合现有SPAR平台的设计特点的基础上，硬舱采用立柱式设计，软舱采用不对称的舱室设计，垂荡板采用箱体设计。改善了平台的节点疲劳应力、运输的稳性特性和建造难度，满足了平台运动性能稳性、结构强度、疲劳寿命等相关要求。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，具体包括：顶部模块、硬舱、中心井、桁架结构、软舱、系泊索和TTR立管。连接关系为：顶部模块通过甲板桩腿与硬舱上部相连，立柱式硬舱均布在中心井外侧，与中心井通过加强板筋结构和水平连接硬舱舱室相连，硬舱下部与桁架结构相连，桁架结构底部与软舱相连，系泊索与硬舱外壳相连，TTR立管通过中心井深入油井完成生产功能，系泊索和TTR立管一起组成系泊系统。

所述的顶部模块为火炬臂、停机坪、起重机、生活楼，多层甲板。

所述的硬舱包括：甲板桩腿、四根立柱、侧板、水平连接舱室、阻尼挡板、隔水舱壁，主要由四根立柱和隔水舱壁组成的水密舱室(压载水舱和燃油舱)和水平连接舱室组成。甲板桩腿安装于四根立柱上部，四根立柱通过水平连接舱室围绕中心井并与之相连，侧板围绕四根立柱的外部组合边界与主体相连。

所述的中心井包括：中心井、加强板筋结构。中心井通过加强板筋结构与四根立柱相连，TTR立管纵向贯穿中心井深入油井。

所述的桁架结构包括：四根立柱、箱型垂荡板。四根立柱连接硬舱底部和软舱上部与箱型垂荡板构成桁架结构，箱型垂荡板水平连接于空间桁架结构上，沿垂线将桁架结构分为四个相同高度的间档，四根立柱和箱型垂荡板都为水密闭舱室，为平台提供浮力。

所述垂荡板：采用箱型设计，即由8个密闭舱室围绕中心井组成。

所述的软舱包括：10个压载舱和内部压载物，其中下部8个压载舱围绕在中心井外围，上部2个压载舱与四根立柱之一相连接，内部压载物为水，或为密度较大的固定压载。

所述的系泊系统包括：系泊索和TTR立管。系泊索一端连接硬舱外壁，一般布置在平台的重心附近，另一端固定于海底，TTR立管纵向贯穿中心井深入油井。系泊索以链-缆-链的方式，与平台连接处和固定于海底处采用尼龙缆，系泊索中间段采用钢缆。

本发明的有益效果是：提供了一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统。硬舱采用四根立柱形式，同水平连接舱室连接主要为平台提供浮力，与传统SPAR平台相比，加强了硬舱与中心井间的连接强度，减少了平台所受的水平波浪力。中心井与立柱式硬舱底部连接，不仅为TTR立管提供保护，减少波浪与海流对TTR立管的冲击力，也为平台提供浮力。桁架结构采用直径较大的圆柱形式，能够降低与桁架结构相连的节点应力，垂荡板的设计为箱型结构，降低了建造难度和维护难度，延长平台的使用寿命，不仅为平台垂荡运动提供了阻尼，8个密闭舱室还为平台提供浮力。软舱采用不对称结构，降低了平台的重心，保证了平台的重心在浮心之下，不仅能够为平台在海上生存和工作工况下提供装载，还能为平台在运输过程中提供压载和浮力，内部压载物为水，改善了铁矿石等压载物不利装卸和不便维修的情况。系泊索以链-缆-链的方式，与平台连接处和固定于海底处采用尼龙缆，系泊索中间段采用钢缆，中间采用钢缆，系泊索限制平台的漂移位移，保证平台的正常工作和生存，TTR立管完成平台的生产功能。整个平台设计建造价格较传统SPAR费用有所降低、建造难度低，减小平台的垂荡运动、拖曳载荷和涡激振荡，改善平台的节点疲劳应力、运输船体的稳性特性，满足平台工作和生存工况下的稳性、具有良好的运动性能、结构强度、疲劳寿命等相关要求，有利于平台安装拖航。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明硬舱示意图。

图3为本发明软舱的示意图。

图4为本发明垂荡板的示意图。

图5为本发明平台安装拖航的示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

本发明总体结构如图1所示，具体包括：顶部模块1、硬舱2、中心井7、桁架结构8、软舱9、系泊索10和TTR立管11。连接关系为：顶部模块1通过甲板桩腿12与硬舱2上部相连，立柱式硬舱2均布在中心井外侧，与中心井7通过加强板筋结构19和水平连接硬舱舱室18相连，硬舱2下部与桁架结构8相连，桁架结构8底部与软舱9相连，系泊索10与硬舱2外壳相连，TTR立管11通过中心井7深入油井完成生产功能，系泊索10和TTR立管11一起组成系泊系统。

所述的顶部模块1如图1所示包括：火炬臂、停机坪、起重机、生活楼，多层甲板。

所述的硬舱2如图2所示包括：甲板桩腿12、四根立柱5、侧板17、水平连接舱室18、阻尼挡板13、隔水舱壁4，主要由四根立柱5和隔水舱壁4组成的水密舱室(压载水舱和燃油舱)和水平连接舱室18组成。甲板桩腿12安装于四根立柱5上部，四根立柱5通过水平连接舱室18围绕中心井7并与之相连，侧板17围绕四根立柱5的外部组合边界与主体相连。

所述的中心井7如图2所示包括：中心井7、加强板筋结构19。中心井7通过加强板筋结构19与四根立柱5相连，TTR立管11纵向贯穿中心井7深入油井。

所述的桁架结构14如图1、图3、图4所示包括：四根立柱8、箱型垂荡板6。四根立柱8连接硬舱底部和软舱上部与箱型垂荡板6构成桁架结构，箱型垂荡板6水平连接于空间桁架结构上，沿垂线将桁架结构分为四个相同高度的间档，四根立柱8和箱型垂荡板6都为水密闭舱室，为平台提供浮力。

所述垂荡板6如图1、图3、图4所示：采用箱型设计，即由8个密闭舱室围绕中心井7组成。

所述的软舱9如图1、图3所示包括：10个压载舱20和内部压载物，其中下部8个压载舱20围绕在中心井7外围，上部2个压载舱20与四根立柱8之一相连接，内部压载物为水，或为密度较大的固定压载。

所述的系泊系统如图1所示包括：系泊索10和TTR立管11。系泊索一端连接硬舱2外壁，一般布置在平台的重心附近，另一端固定于海底，TTR立管11纵向贯穿中心井深入油井。系泊索10以链-缆-链的方式，与平台连接处和固定于海底处采用尼龙缆，系泊索中间段采用钢缆。

本发明的有益效果是：提供了一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统。硬舱2采用四根立柱5形式，同水平连接舱室18连接主要为平台提供浮力，与传统SPAR平台相比，加强了硬舱2与中心井7间的连接强度，减少了平台所受的水平波浪力。中心井7与立柱式硬舱2底部连接，不仅为TTR立管11提供保护，减少波浪与海流对TTR立管11的冲击力，也为平台提供浮力。桁架结构8采用直径较大的圆柱形式，能够降低与桁架结构8相连的节点应力，垂荡板6的设计为箱型结构，降低了建造难度和维护难度，延长平台的使用寿命，不仅为平台垂荡运动提供了阻尼，8个密闭舱室还为平台提供浮力。软舱9采用不对称结构，降低了平台的重心，保证了平台的重心在浮心之下，不仅能够为平台在海上生存和工作工况下提供装载，还能为平台在运输过程中提供压载和浮力，内部压载物为水，改善了铁矿石等压载物不利装卸和不便维修的情况。系泊索10以链-缆-链的方式，与平台连接处和固定于海底处采用尼龙缆，系泊索中间段采用钢缆，中间采用钢缆，系泊索限制平台的漂移位移，保证平台的正常工作和生存，TTR立管11完成平台的生产功能。整个平台设计建造价格较传统SPAR费用有所降低、建造难度低，减小平台的垂荡运动、拖曳载荷和涡激振荡，改善平台的节点疲劳应力、运输船体的稳性特性，满足平台工作和生存工况下的稳性、具有良好的运动性能、结构强度、疲劳寿命等相关要求，有利于平台安装拖航(如图5所示)。

Claims (6)

1.一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，具体包括：顶部模块1、硬舱2、中心井7、桁架结构8、软舱9、系泊索10和TTR立管11。连接关系为：顶部模块1通过甲板桩腿12与硬舱2上部相连，立柱式硬舱2均布在中心井外侧，与中心井7通过加强板筋结构19和水平连接硬舱舱室18相连，硬舱2下部与桁架结构8相连，桁架结构8底部与软舱9相连，系泊索10与硬舱2外壳相连，TTR立管11通过中心井7深入油井完成生产功能，系泊索10和TTR立管11一起组成系泊系统。

2.根据权利要求1所述的一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，其特征是：所述的硬舱2包括：甲板桩腿12、四根立柱5、侧板17、水平连接舱室18、隔水舱壁4，阻尼挡板13、主要由四根立柱5和隔水舱壁4组成的水密舱室(可做为压载水舱和燃油舱)和水平连接舱室18组成。甲板桩腿12安装于四根立柱5上部，四根立柱5通过水平连接舱室18围绕中心井7并与之相连，侧板17围绕四根立柱5的外部组合边界与主体相连。

3.根据权利要求1所述的一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，其特征是：所述的桁架结构14包括：四根立柱8、箱型垂荡板6。四根立柱8连接硬舱底部和软舱上部构成桁架，箱型垂荡板6水平连接于空间桁架结构上，沿垂线将桁架结构分为四个相同高度的间档，四根立柱8和箱型垂荡板6都为水密闭舱室，为平台提供浮力，中心开有方形中心井7，供TTR立管11通过。

4.根据权利要求3所述的一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，其特征是：所述的垂荡板6：采用箱型设计，即由8个密闭舱室围绕方形中心井7组成，8个密闭舱为平台提供浮力，垂荡板结构为平台运动提供阻尼。

5.根据权利要求1所述的一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，其特征是：所述的软舱9包括：10个压载舱20和内部压载物，其中下部8个压载舱20围绕在中心井7外围，上部2个压载舱20与四根圆柱8之一相连接，内部压载物为水，或为密度较大的固定压载。软舱在平台安装和工作的状态提供压载，在装卸和水平拖航的状态提供浮力，压载物为水，相对于铁矿，降低了平台装修难度。

6.根据权利要求1所述的一种采用不对称软舱的箱型桁架式四立柱深水平台系统，其特征是：所述的系泊系统包括：系泊索10和TTR立管11。系泊索一端连接硬舱2外壁，一般布置在平台的重心附近，另一端固定于海底，TTR立管11纵向贯穿中心井深入油井。系泊索10以链-缆-链的方式，与平台连接处和固定于海底处采用尼龙缆，系泊索中间段采用钢缆。

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