CN104802950A - 一种自升式水下浮体张力腿平台及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式水下浮体张力腿平台及其建造方法，平台包括上船体(4)和下船体(6)，所述上船体(4)通过自升式桩腿(5)连接所述下船体(6)；所述下船体(6)为水下浮体，通过底部边缘间隔布置的筋腱(9)连接固定于海床的张力腿(3)。所述下船体(6)设置有储油空间。本发明避免了现有TLP需要各种海工支持船的组合工作与交叉作业，减少海上施工量及安装风险，极大降低高昂的海上安装费用，降低投资成本。生产工况下，本发明平台水线面附近具有极小的排水体积和湿表面，且下船体避开了水线面附近海流流速较快区域，从而显著降低了整体波流载荷，使新型TLP同时具有更好的水平面内和水平面外运动性能。

Description

一种自升式水下浮体张力腿平台及其建造方法

技术领域

本发明涉及一种海洋工程装备的开发应用技术，更具体地说是一种具有海洋油气开采、生产、存储以及钻/完/修井功能的新型张力腿平台。

背景技术

张力腿(简称：TLP)平台工作原理:

张力腿平台是一种新兴的并拥有优良的工作记录的海洋油气开发工程设施，虽然结构形式及应用方式各不相同，但其基本工作原理一致。

现有技术的平台主要结构形式如图1所示，它通过自身的船体结构2(水面浮体)，产生远大于平台整体自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与时刻处于受张拉绷紧状态的张力腿3产生的预张力平衡。较大的张力腿预张力使平台平面外的运动(横摇、纵摇和垂荡)较小，近似于刚性，张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一个相对平稳安全的工作环境。

图2中示出了船体结构2(水面浮体)的结构。其中中部位置为浮体，三个阴影部分为实体钢结构，用于张力腿3的固定。船体结构2直接连接了上部模块1。上部模块1的功能包括井口控制、钻采、原油处理以及生活设施。

现有技术张力腿平台的建造安装情况：首先，上部模块1、船体结构2在船厂分别独立建造。其次，上部模块1、船体结构2在海上需要使用运输船分别独立运输。最后，如图3所示，在作业海域主要安装过程:先定位安装船体结构2，连接先前完工锚固的张力腿3，然后吊装上部模块1。如图3所示。该过程需要使用驳船、辅助支持船、重吊船等组合工作，交叉作业，海上施工量非常大，安装风险高，费用高昂。图中，标号A为海平面；标号B为海床，标号81为吊绳，标号82为大型起重工程船。

除了上述建造过程的问题，在运动性能方面，现有技术的平台还存在如下问题：

1.张力腿平台特有的平面外运动刚性良好(横摇、纵摇和垂荡较小)，但其较大水面浮体的特性，决定其仍然不可避免的遭受波浪流载荷，从而产生不可忽视的纵荡、横荡和艏摇运动，即平台平面内运动性能一般。

2.其水面浮体的特性也限制了其主尺度，从而没有或难以具有较大储油能力。

发明内容

本发明提供一种用于海上油气资源的开采、生产，可兼容钻/修井作业的TLP平台，可以整体建造，整体拖航。在预定海域安装过程中，可以完成上船体(载有上部模块)自安装，避免了现有TLP需要各种海工支持船的组合工作与交叉作业，减少海上施工量及安装风险，极大降低高昂的海上安装费用，降低投资成本。生产工况下，上船体通过桩腿结构支撑位于水面上，与水面保持一定气隙，下船体位于水面下一定深度。这种形式带来的好处是位于水线面附近的桩腿结构与传统TLP水面大型浮体相比，具有极小的排水体积和湿表面，且下船体避开了水线面附近海流流速较快区域，从而显著降低了整体波流载荷，使新型TLP具有更好的水平面内运动性能(纵荡、横荡和艏摇较小)。由此，在继承了传统TLP优良的水平面外运动性能(横摇、纵摇和垂荡较小)的同时，本发明TLP能够同时获得优良的水平面内和水平面外运动性能，得到了更为优良的定位性能，为整个平台装备生产提供一个平稳安全的工作环境。

为了达到上述目的，本发明提供一种自升式水下浮体张力腿平台，包括上船体和下船体，所述上船体通过自升式桩腿连接所述下船体；所述下船体为水下浮体，通过底部边缘间隔布置的筋腱连接固定于海床的张力腿。

其中，所述上船体为水密箱型结构，作为控制、生活及功能模块载体。优选方式下，所述下船体设置有储油空间。所述自升式桩腿为三个。

本发明还提供了自升式水下浮体张力腿平台的建造方法，包括如下步骤：

S1、坞内整体建造平台，包括上船体和下船体，上船体通过贯穿自升式桩腿连接下船体；下船体为水下浮体结构；此外，在作业水域锚固张力腿；

S2、将整体建造的平台拖移至作业水域，其中，湿拖方式时，吃水线在下船体上；

S3、通过压载，吃水线转移到上船体，借助为桩腿配置的升降及锁紧系统，下放下船体到水下设计深度；

S4、通过工程船辅助，下船体连接张力腿；下船体排载后，张力腿张紧。

工作状态下，所述上船体通过桩腿升至海平面以上。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

一、建造安装方面：

1.本发明新型TLP可以在船厂整体建造；

2.海上整体拖航运输，减少运输船使用；

3.在预定作业海域主要安装过程中，除了张力腿安装中需要使用工程船辅助支持外，上船体(包括上部功能模块)能够实现自安装，最大程度减少驳船、辅助支持船、重吊船等的组合工作，大大减少交叉作业、海上施工量及安装风险，将极大改善海洋工程项目中费用高昂的海上安装，降低投资成本。

二、运动性能方面：

除了继承现有TLP平台特有的良好水平面外运动刚性(横摇、纵摇和垂荡较小)，发明新型TLP形式带来的好处是位于水线面附近的桩腿结构与现有TLP水面大型浮体相比，具有极小的排水体积和湿表面，且位于水面下一定深度、为整个装置提供浮力的下船体，与现有TLP水线面浮体相比，成功避开了水线面附近的波浪及海流流速度较快区域，从而显著降低了整体波流载荷，从而使新型TLP具有更好的水平面内运动性能(纵荡、横荡和艏摇较小)。由此，在继承了传统TLP优良的水平面外运动性能的同时，发明新型TLP能够同时获得优良的水平面内和水平面外运动性能，即具有更为优良的定位性能。

三、可扩展方面：

位于水下的下船体浮箱，在摆脱了波浪载荷的限制后，可依据波流载荷优化整体外形，其形状和尺寸都具有更大的设计调整空间，可扩大舱容，可扩展其具有储油功能。

附图说明

图1是现有技术张力腿平台(TLP)海上工作中的立面示意图；

图2是图1中D-D向投影图。

图3是现有技术TLP上部模块海上安装示意图；

图4是本发明新型TLP海上工作中的立面示意图；

图5是本发明新型TLP整体拖航示意图；

图6是本发明新型TLP海上安装过程中下放下船体示意图；

图7是本发明新型TLP海上安装过程中与张力腿连接完工示意图；

图8是本发明具体实施案例中下船体俯视及筋腱布置示意图；

图中：1、上部模块，2、船体结构，3、张力腿，4、上船体，5、桩腿，6、下船体，8、月池，9、筋腱布置。

具体实施方式

如图4所示，本发明自升式水下浮体张力腿平台，包括张力腿3、上船体4、桩腿结构5、下船体6。上船体4作为功能性模块载体；下船体6提供浮力和/或储油空间及筋腱，通过张力腿3连接至海底(海床B)；上船体4可通过自身带有的升降及锁紧系统83沿桩腿5做相对于下船体6的自升式升降运动及位置锁定。桩腿5的结构可参考现有技术自升式平台的桩腿设计建造。

上船体4为箱型浮体结构，作为功能性上部模块载体；下船体6为箱型浮体结构，为整个平台提供浮力(包括剩余浮力)及储油空间；若干桩腿结构5贯穿上船体4，并与下船体6固定连接，即桩腿5与下船体6在结构上是一整体；上船体4可通过自身带有的升降及锁紧系统沿桩腿5做相对于下船体6的自升式升降运动及位置锁定。下船体6为水下浮体，通过底部边缘间隔布置的筋腱9连接固定于海床的张力腿3；张力腿3，提供张力。

海上生产工况下，上船体4通过桩腿结构5支撑位于水面上，下船体6位于水面下一定深度。

优选方式下，工作状态中，上船体6底面离水面距离(气隙)20米，下船体4潜入水下50米。桩腿数目3个，采用壳体式结构。作业水深1000米，张力腿长度约940米。上、下船体均为箱型浮体结构，中部带有月池8结构，作为水下立管与其它系统穿越通道。上船体4配置有满足钻采功能的各种模块及安全、生活等系统。如图8所示，下船体6采用圆形轮廓设计，外径80米，保证较大储油能力的同时有效减小波流载荷，便于筋腱平均布置：2x3点(张力腿6根)，适应于环境载荷方向性不明显的海域，其内部分割有空舱、压载舱及储油舱等。下船体6具体形状和尺寸可结合服役海域环境情况以及工程储油能力要求而确定。

此外，下船体6优选设计为圆形，桩腿数目为3，其具体形状和尺寸及桩腿数目可依据工程需要设计调整。

如图5～7所示，本发明TLP平台建造及安装过程：

如图5所示，本发明TLP平台整体建造，整体湿拖或干拖至作业水域，若采用湿拖，吃水线在下船体。

如图6所示，在作业水域，通过压载，吃水线转移到上船体，借助为桩腿配置的升降及锁紧系统，下放下船体到水下一定深度。

如图7所示，通过工程船辅助，下船体连接先前完工锚固的张力腿。

下船体排载，产生远大于平台整体自重的浮力，张力腿张紧，即该浮力除了抵消自重之外，剩余浮力由张力腿张力平衡，且该部分剩余浮力大于此时处于水线面的上船体产生的浮力。

上船体利用升降系统沿桩腿爬升到水面上，并通过锁紧系统与桩腿锁紧，完成位置锁定，与水面保持一定气隙，上船体自安装完成。整个TLP平台达到如图4所示的生产状态。

综上，本发明自升式水下浮体张力腿平台，包括上船体4、若干桩腿5、下船体6及张力腿3；所述桩腿5贯穿上船体4，与下船体6固定连接。上船体4、桩腿5及下船体6可以完成整体建造、整体拖航。上船体4可通过自身带有的升降及锁紧系统沿桩腿5做相对于下船体6的自升式升降运动及位置锁定。作业海域海上安装中，载有上部模块的上船体4可以完成主动安装。生产工况下，上船体4通过桩腿5支撑位于水面上，下船体6位于水面下。此外，下船体6具有储油功能，并提供立管及控制系统通道。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自升式水下浮体张力腿平台，其特征在于，包括上船体(4)和下船体(6)，所述上船体(4)通过自升式桩腿(5)连接所述下船体(6)；

所述下船体(6)为水下浮体，通过底部边缘间隔布置的筋腱(9)连接固定于海床的张力腿(3)。

2.根据权利要求1所述自升式水下浮体张力腿平台，其特征在于，所述下船体(6)设置有储油空间。

3.根据权利要求1所述自升式水下浮体张力腿平台，其特征在于，所述自升式桩腿(5)为三个。

4.一种自升式水下浮体张力腿平台的建造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、坞内整体建造平台，包括上船体(4)和下船体(6)，上船体(4)通过贯穿自升式桩腿(5)连接下船体(6)；下船体(6)为浮体结构；此外，在作业水域锚固张力腿(3)；

S2、将整体建造的平台拖移至作业水域，其中，湿拖方式时，吃水线在下船体上；

S3、通过压载，吃水线转移到上船体(4)，借助为桩腿(5)配置的升降及锁紧系统，下放下船体(6)到水下设计深度；

S4、通过工程船辅助，下船体(6)连接张力腿(3)；下船体(6)排载后，张力腿(3)张紧。

5.根据权利要求4所述自升式水下浮体张力腿平台的建造方法，其特征在于，工作状态下，所述上船体(4)通过桩腿(5)升至海平面以上。