CN102941906A - 圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的调节方法 - Google Patents

圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的调节方法，涉及海洋工程装备领域。本发明在得知圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段使用过程中的受力情况，通过调节支撑使分段预制力形成一个相反的力，进而降低了该分段在极端恶劣天气情况下受力的峰值，延长了圆筒型深海钻井储油平台的服役寿命。

Description

圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的调节方法
所属领域
本发明涉及海洋工程装备领域，特指通过支撑调节圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的方法。
技术背景
圆筒型深海钻井储油平台，典型是如南通中远船务有限公司生产的SEVAN Driller，它采用“分层制造，逐层叠加”的方法进行制造。该类型钻井平台底层在制造时，先预制各分段，再将各分段吊运到半潜驳上，然后将各分段焊接成一个整体，这样形成了钻井平台的底层。
通过支撑调节圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的方法，是指能够预知圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段使用过程中的受力情况，通过调节支撑使分段预制力形成一个相反的力，进而降低了该分段在极端恶劣天气情况下受力的峰值，延长了圆筒型深海钻井储油平台的服役寿命，查阅相关文献专利，没有类似方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过支撑调节圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的方法，降低了该分段在极端恶劣天气情况下受力的峰值。
圆筒型深海钻井储油平台底层是空心圆柱体，内径为                                               
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE002
，外径为；圆筒型深海钻井储油平台底层中间空心区域是圆柱形钻探石油空间，该圆柱形钻探石油空间半径为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，当圆筒型深海钻井储油平台建造完成后，钻探石油装置从上往下通过该区域，进入海底钻探石油。
半潜驳甲板是长方形，甲板上布置着圆柱体支撑，圆柱体支撑上是圆筒型深海钻井储油平台的底层，圆筒型深海钻井储油平台的底层是由若干个分段焊接组成的；单个圆柱体支撑施加到圆筒型深海钻井储油平台底层向上的力来源于半潜驳底部水的浮力，由于半潜驳甲板与水平面重合，半潜驳底部水的浮力相同，所以单个圆柱体施加到圆筒型深海钻井储油平台底层的力相同。
记单个圆柱体支撑施加到圆筒型深海钻井储油平台底层向上的力为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE006
,记圆柱体支撑总的数量为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE008
，记圆筒型深海钻井储油平台底层质量为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE010
，记圆筒型深海钻井储油平台底层从上往下的投影面积为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE012
，记圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段的质量为，记圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段从上往下的投影面积为，记圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段下的圆柱体支撑数量为，记圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段周围焊缝施加给该分段的力为，将该力定义为分段的预制力，预制力方向垂直分段向上为正，方向垂直分段向下为负，其中某一分段周围焊缝是指该分段与周围分段连接处的焊缝。
对圆筒型深海钻井储油平台底层进行受力分析，可以得出关系式：
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE022
（1）
由于不同投影面积大小的分段内部结构相同，可知圆筒型深海钻井储油平台底层从上往下单位投影面积的质量等于圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段从上往下单位投影面积的质量，可以得出关系式：
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE024
（2）
对圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段进行受力分析，可以得出关系式：
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE026
（3）
将关系式（1），（2）代入（3）可以得出分段预制力关系式：
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE028
（4）
关系式（4）中预制力方向垂直分段向上为正，垂直分段向下为负；
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
通过激光测距仪测量该分段从上往下投影面积的边长，结合投影面积的形状可以获得；按照钻探石油装置从上往下能够通过圆柱形钻探石油空间的原则，确定圆柱形钻探石油空间的半径
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
，从初始设计参数中得知圆筒型钻井平台底层的外径，结合圆筒型深海钻井储油平台底层是空心圆柱体可以获得
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE012A
；按照圆筒型深海钻井储油平台所入船级社规范，在工厂内制造关系式（2）中的某一分段，使用门式起重机将该分段吊运入水中，获得该分段的排水体积，结合水的密度获得该分段的质量，结合关系式（2）、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE012AA
获得圆筒型深海钻井储油平台底层质量，圆筒型深海钻井储油平台底层的重力为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE030
；对于单个分段而言，在与周围分段焊接组成圆筒型深海钻井储油平台底层之前，只使用一个或者两个圆柱体支撑来保持平衡，工人具体操作困难，最少需要三个圆柱体支撑，可以得出单个分段下圆柱体支撑的个数；按照半潜驳、半潜驳甲板上所有圆柱体支撑和圆筒型深海钻井储油平台底层总的重力小于浮力的原则，确定圆柱体支撑总的数量的最大值为
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE034
。
从关系式（4）中可知，为了使垂直向上的分段预制力
Figure DEST_PATH_IMAGE020AA
最大，在
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
确定的情况下，
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
取最小值，即
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
取最大值。
分段预制力的作用在于，当得知圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段使用过程中的受力情况，通过调节支撑使分段预制力形成一个相反的力，进而降低了该分段在极端恶劣天气情况下受力的峰值，延长了圆筒型深海钻井储油平台的服役寿命。典型的分段有原油存储舱分段，该分段上建造原油存储舱，用于存放开采的原油，在极端恶劣天气下，圆筒型深海钻井储油平台上下和左右的运动导致了原油舱内原油的运动，进而施加到原油存储舱分段不断变化的力，在该不断变化的力中，垂直分段向下的峰值力对原油存储舱分段破坏最大，通过调节支撑使分段预制力垂直分段向上，进而降低原油施加原油存储舱分段垂直分段向下力的峰值，延长了圆筒型深海钻井储油平台的服役寿命。
通过支撑调节圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的方法，包含如下步骤：
A从圆筒型深海钻井储油平台的初始设计参数中，获得该圆筒型深海钻井储油平台的原油存储容量，原油存储舱分段在圆筒型深海钻井储油平台底层的具体位置；结合原油的密度进一步得出原油存储舱内原油的最大质量
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE038
，重力为；
B使用激光测距仪测量原油存储舱分段从上往下投影面积的边长，结合投影面积的形状可以获得原油存储舱分段从上往下的投影面积
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAA
；
C按照钻探石油装置从上往下能够通过圆柱形钻探石油空间的原则，确定圆柱形钻探石油空间的半径，从初始设计参数中得知圆筒型钻井平台底层的外径，得出圆筒型深海钻井储油平台底层从上往下的空心圆环状投影面积，即
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
D按照圆筒型深海钻井储油平台所入船级社规范，在工厂内制造原油存储舱分段，使用门式起重机将该分段吊运入水中，获得该分段的排水体积，结合水的密度获得该分段的质量，结合关系式
Figure 2012101311174100002DEST_PATH_IMAGE024A
，获得圆筒型深海钻井储油平台底层质量
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
，圆筒型深海钻井储油平台底层的重力为；
E按照半潜驳、半潜驳甲板上所有圆柱体支撑和圆筒型深海钻井储油平台底层总的重力小于浮力的原则，即浮力＞半潜驳的重力+
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAA
+单个圆柱体支撑重力×
Figure DEST_PATH_IMAGE034A
，确定圆柱体支撑总的数量的最大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE034AA
；
F从上述步骤中得出的
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAA
，和
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAA
，取，结合关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
，得出圆柱体支撑总的数量
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
；
G当
Figure DEST_PATH_IMAGE046
时，取
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，原因是步骤E中半潜驳的浮力决定，最多在半潜驳甲板上放置
Figure DEST_PATH_IMAGE034AAA
个圆柱体支撑；当
Figure DEST_PATH_IMAGE050
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
数值不变，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
不取
Figure DEST_PATH_IMAGE034AAAA
的原因是分段预制力不是数值越大越好，圆筒型深海钻井储油平台工作时更多情况的是非极端恶劣天气，当分段预制力超过原油存储舱内原油最大重力时，分段长时间受到向上力的作用，对该分段也会形成破坏；
F按照半潜驳甲板能够保持水平的原则对称布置圆柱体支撑。在原油存储舱分段及其对称位置分段下分别均等布置三个支撑，其余分段下均等布置
Figure DEST_PATH_IMAGE052
个圆柱体支撑。
本发明的有益效果是在得知圆筒型深海钻井储油平台底层某一分段使用过程中的受力情况，通过调节支撑使分段预制力形成一个相反的力，进而降低了该分段在极端恶劣天气情况下受力的峰值，延长了圆筒型深海钻井储油平台的服役寿命。
具体实施方式
以南通中远船务有限公司建造的Sevan Driller深海钻进储油平台底层为实施例，对本发明进行详细说明。通过支撑调节圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的方法，包含如下步骤：
A从圆筒型深海钻井储油平台的初始设计参数中，获得该圆筒型深海钻井储油平台的原油存储容量，原油存储舱分段在圆筒型深海钻井储油平台底层的具体位置；结合原油的密度进一步得出原油存储舱内原油的最大质量，重力为
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
B使用激光测距仪测量原油存储舱分段从上往下投影面积的边长，结合投影面积的形状可以获得原油存储舱分段从上往下的投影面积
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；
C按照钻探石油装置从上往下能够通过圆柱形钻探石油空间的原则，确定圆柱形钻探石油空间的半径
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
，从初始设计参数中得知圆筒型钻井平台底层的外径
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
，得出圆筒型深海钻井储油平台底层从上往下的空心圆环状投影面积
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAA
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
D按照圆筒型深海钻井储油平台所入船级社规范，在工厂内制造原油存储舱分段，使用门式起重机将该分段吊运入水中，获得该分段的排水体积，结合水的密度获得该分段的质量，结合关系式，获得圆筒型深海钻井储油平台底层质量
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
，圆筒型深海钻井储油平台底层的重力为
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；
E按照半潜驳、半潜驳甲板上所有圆柱体支撑和圆筒型深海钻井储油平台底层总的重力小于浮力的原则，确定圆柱体支撑总的数量的最大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
；
F从上述步骤中得出的
Figure DEST_PATH_IMAGE040AA
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAAA
，取
Figure DEST_PATH_IMAGE036AA
，结合关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE044A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE028AA
，得出圆柱体支撑总的数量
Figure DEST_PATH_IMAGE064
；
G由于
Figure DEST_PATH_IMAGE050A
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAA
数值不变；
F按照半潜驳甲板能够保持水平的原则对称布置圆柱体支撑。在原油存储舱分段及其对称位置分段下分别均等布置三个支撑，其余分段下均等布置个圆柱体支撑。

Claims (1)

1.圆筒型深海钻井储油平台底层分段预制力的调节方法，其特征在于，包含如下步骤：
A.从圆筒型深海钻井储油平台的初始设计参数中，获得该圆筒型深海钻井储油平台的原油存储容量，原油存储舱分段在圆筒型深海钻井储油平台底层的具体位置；结合原油的密度进一步得出原油存储舱内原油的最大质量                                               ，重力为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
B.使用激光测距仪测量原油存储舱分段从上往下投影面积的边长，结合投影面积的形状获得原油存储舱分段从上往下的投影面积
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
C.按照钻探石油装置从上往下能够通过圆柱形钻探石油空间的原则，确定圆柱形钻探石油空间的半径
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，从初始设计参数中得知圆筒型钻井平台底层的外径
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，得出圆筒型深海钻井储油平台底层从上往下的空心圆环状投影面积
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
D.按照圆筒型深海钻井储油平台所入船级社规范，在工厂内制造原油存储舱分段，使用门式起重机将该分段吊运入水中，获得该分段的排水体积，结合水的密度获得该分段的质量
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，结合关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，获得圆筒型深海钻井储油平台底层质量
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，圆筒型深海钻井储油平台底层的重力为；
E.按照半潜驳、半潜驳甲板上所有圆柱体支撑和圆筒型深海钻井储油平台底层总的重力小于浮力的原则，即浮力＞半潜驳的重力++单个圆柱体支撑重力×
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，确定圆柱体支撑总数量的最大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
；
F.从上述步骤中得出的
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022AA
，取
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，结合关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，得出圆柱体支撑总的数量；
G.当时，取
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE038
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
数值不变；
F.按照半潜驳甲板能够保持水平的原则对称布置圆柱体支撑；在原油存储舱分段及其对称位置分段下分别均等布置三个支撑，其余分段下均等布置
Figure DEST_PATH_IMAGE040
个圆柱体支撑。
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