CN108791737A - 一种自升式半潜多功能平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式半潜多功能平台，它包括箱型甲板、连接箱型甲板底部起支撑作用的自升式桩腿、与自升式桩腿连接在一起提供浮力和稳性的浮体；所述浮体包括环形浮箱以及环形浮箱上沿环形浮箱几何中心垂向轴线向外倾斜的立柱；本发明采用外斜立柱设计，配合调节自升式桩腿长度和浮体压载，可使平台始终具有良好的稳性和优越的运动性能；平台甲板由自升式桩腿直接支撑，甲板与浮体相对独立，使得甲板、浮箱和立柱的优化设计更容易实现。本发明总体性能好，可变载荷大，储油能力强，建造、安装和操作成本低，作业效率高，可满足恶劣海洋环境条件下平台钻井、修井、油气生产和油气储运等多种作业功能。

Description

一种自升式半潜多功能平台

技术领域

本发明属于海洋工程技术装备领域，涉及可用于钻井、修井、油气生产和油气储运的多功能浮式平台，尤其涉及一种可适应干式采油、湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式的自升式半潜多功能平台。

背景技术

与TLP和SPAR平台相比较，半潜式平台具有稳性良好、抗风浪能力强、甲板面积大、可变载荷大、适用水深范围广等优点，是世界上应用最为广泛的大型浮式海洋油气勘探开发装备之一。但传统的半潜式平台存在一些不足，如平台重心相对较高，使得平台的稳性裕度不大；仅有作业与生产功能，而储油能力不足；尤其是垂荡运动幅度较大，无法支持干式采油树，导致操作成本高，作业效率低。

针对传统半潜平台存在的不足，近年来出现了一系列新型半潜式平台概念。但新平台和新技术在改善传统半潜式平台性能的同时，也带来了一些新的问题，如使用长立柱和深吃水引起的涡激振动问题，纵/横摇固有周期减小导致的运动性能降低，新结构带来的结构安全性挑战，长立柱使得船体码头安装和托航运输困难，深吃水导致平台成本急剧上升，等等。

随着海洋油气开发规模的不断扩大，海洋油气勘探开发的主战场已经转向深海。地质油藏的不确定性和传统深海油气开发设施的高造价决定了深海油气田开发的高风险性。尤其在当前油价长期持续低迷的国际大环境下，最大限度地提高平台利用率是有效降低深海油气勘探开发成本的关键措施。因此，开发一种具有钻井、修井、采油、生产处理、储油能力的多功能新型半潜平台，将为未来海洋油气田开发提供一种必要选择。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有半潜式平台的不足，提供一种可适应干式采油、湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式，并同时具有钻井、修井、油气生产和油气储运等的自升式半潜多功能平台。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种自升式半潜多功能平台，包括甲板、浮体和连接于甲板、浮体之间的自升式桩腿，其中：所述甲板为箱体结构的箱型甲板，箱型甲板内部分设多个设备舱室，箱型甲板中央预设有月池；所述浮体包括环形浮箱和设置在环形浮箱上方的立柱，立柱为中空密封结构，多个立柱对称布设在环形浮箱的外周，环形浮箱的中央预设有中央井，环形浮箱的中央井与箱型甲板的月池的几何中心在同一条垂直线上。

上述方案进一步包括：

所述立柱沿环形浮箱几何中心的垂向轴线向外倾斜，且立柱之间通过连接筋相互连接，立柱的内部空间分割为若干个水密舱室。

所述立柱的外表面固定连接有螺旋形侧板。

所述环形浮箱的外立面上均设有浮箱外伸翼。

所述自升式桩腿采用透空桁架式桩腿；所述立柱的横截面为圆形或菱形；所述立柱对称设置4个或6个；所述中央井和月池为方形倒圆角或矩形倒圆角；所述环形浮箱的横截面为方形倒圆角或矩形倒圆角，环形浮箱的内部设有包括压载舱、储油舱、生产功能舱室、钻井设备舱室和泵舱。

所述环形浮箱的部分压载舱采用永久固定压载方式，舱内填充重物，保证平台的浮心高于重心。

本发明由于采用以上技术方案，具有如下优点：

本发明平台的甲板由自升式桩腿直接支撑，与浮体不直接接触，克服了立柱尺寸对甲板设计的影响，设计者可自主定义甲板尺寸，使甲板面积和形状设计更能满足甲板工艺模块的操作流程要求，提高平台作业效率和上部设施布置的安全性；由于上部组块对浮体限制较小，因而立柱间距、水线面面积、浮体排水量等也可进行大范围优化，从而改善平台总体性能。

根据海洋环境条件和工况及载况的不同，通过甲板与自升式桩腿之间的升降装置，甲板可以沿桩腿上下移动，以合理调节甲板至浮箱之间的桩腿长度，并结合浮箱压载量的增减，从而达到最优化平台重心高度、排水量、惯性矩和水线面面积的目的，使平台更好地适应不同海域的作业条件。

透空桁架式桩腿相对于传统立柱承载的平台，可以大量节省钢材用量；在海流比较严重的海域，便于海流通过，减小水平拖曳力，从而减小系泊系缆受力以及平台运动；而且，还可以减小波浪沿桩腿的爬升，有效改善平台气隙性能。

外斜立柱的设计使得水线面处立柱间距较大，因而平台的水线面惯性矩较大，从而获得较大的初稳性高度和回复力矩，有效减小平台纵/横摇运动以及系泊系统的受力；立柱倾斜的侧边也有利于增大辐射阻尼，从而增大垂荡固有周期，降低垂向运动；通过改变自升式桩腿长度，优化立柱和环形浮箱排水量的压载量及其比例，使平台重心高度降低和吃水增加，平台稳性具有较大的裕度，平台垂向附加质量增大，垂荡固有周期显著提高，避开波浪的能量集中区，进而平台垂荡运动性能的改善效果接近最优，克服了传统半潜式平台垂荡幅度大的固有缺陷，从而使在平台上布置具有干式采油树的顶部张紧式钻井/采油立管系统成为可能。

由于立柱不承担上部甲板载荷，可以设计为较小的立柱直径，这使得立柱的水线面面积较小，立柱直径与波长相比很小，波浪对立柱的绕射效应明显减弱，可有效减少作用于平台的表面波浪载荷，同时减小立柱与立柱之间以及立柱与桩腿之间的耦合水动力响应，并进一步增大垂荡固有周期，改善平台运动性能；此外，立柱为圆形、方形或多边菱形柱体结构，可有效减小波浪对平台的拖曳力；立柱侧面的螺旋形导流侧板可有效抑制海流所造成的平台涡激响应；立柱的倾斜设计也有助于改善平台的涡激运动问题；与垂直立柱型式相比，斜立柱结构具有更好的结构强度，可以更好地抵抗波浪和平台重力引起的弯矩，使总体结构强度增加。

本发明的浮箱结构为宽大箱形结构，其尖角处设计为倒圆角，可减小波浪的拖曳力。环形浮箱中的部分压载舱采用永久固定压载方式，舱内填充铁矿砂或其它重物，可显著降低平台的重心，保证平台在任何时刻浮心高于重心，另外配置压载水舱，用于调节平台吃水深度使其达到设计吃水位置，从而使平台在服役期间保持较深的吃水状态以减小垂荡激励力，不仅实现平台在海洋环境中的无条件稳定，而且改善了平台的垂荡运动性能。

环形浮箱相对于立柱底部的外伸部分，不仅增大了舱室容积，提高平台的有效承载，降低平台重心，改善稳性，还可兼起到垂荡板功能，增大平台横/纵向和垂向的附加质量和阻尼，进而增大横/纵摇和垂荡固有周期，改善横/纵摇和垂荡运动性能；另外，通过内部舱室优化设计，将排水量分隔在合理的位置，可以获得比同等排水量的传统半潜式平台更高的附加质量。

环形浮箱既能作为平台整体支撑结构，为平台提供足够的浮力，增大平台装载量，增强平台自持能力，还能使平台下部结构成为一个整体框架结构，将单根立柱遭受的载荷传递给平台整体结构，从而提高平台整体强度，有效抵抗作用于平台的环境载荷；同时，环形浮箱结构还可有效传递由于波浪和平台不平衡装载造成的各立柱之间的相互作用力。因此，平台具有很好的整体结构刚度和强度，可有效降低平台连接节点的疲劳热点应力，减少疲劳破坏，降低焊接、建造工艺难度，改善平台整体结构的疲劳寿命，提高平台适应恶劣海洋环境的能力。

浮体呈对称形状，结构简洁，适合进行模块化设计和建造，以降低成本、缩短建造工期，并且由于各模块结构的相似程度高，进一步降低了设计和建造的难度，可以实现设计与建造的系列化。

本发明平台较其它新型深吃水半潜平台吃水深度小，排水量大，可有效降低平台建造、运输以及安装难度。不需大型浮吊配合，可以实现海上的简便安装。拖航或移位作业时，排出环形浮箱内的压载水，保持平台浅吃水，减小拖航阻力，并将甲板沿自升式桩腿下降至靠近环形浮箱，尽量降低平台的重心，减小受风面积，提高平台的拖航稳性，实现平台的码头安装和整体拖航，避免海上安装的风险，降低安装成本。

综上所述，本发明平台稳性裕度大，水动力性能优越，能够支持干式采油树，可变载荷大，储油能力强，结构型式简洁，整体结构强度好，建造和安装的难度降低，同时具有钻井、修井、采油、生产处理等多重功能，作业效率高，可用于深水油气田开发的整个寿命过程中。平台综合性能和利用率的提高可大大降低油田整体开发成本。

附图说明

图1为本发明一种典型实施例的四桩腿平台的整体结构示意图

图2为本发明的平台拖航时的整体结构示意图

图3为本发明的浮体部分结构示意图

图4为本发明的四桩腿平台具体应用的立面结构示意图

图中各标记如下：

1箱型甲板、2浮体、3自升式桩腿、4钻机及油气处理模块、5 环形浮箱、6外斜立柱、7 浮箱外伸翼、8螺旋形侧板、9月池、10中央井、11油气生产立管/钻井立管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

一浮体；所述浮体包括环形浮箱以及所述环形浮箱上的立柱；所述环形浮箱的中央设有圆柱形或棱柱形的中央井；所述环形浮箱的内部设有压载舱、储油舱、生产功能舱室、钻井设备舱室和泵舱；所述环形浮箱的部分压载舱采用永久固定压载方式，舱内填充重物，保证平台的浮心高于重心；所述环形浮箱的顶部设置至少4个对称布置的所述立柱，且所述立柱沿所述环形浮箱几何中心的垂向轴线向外倾斜；每根所述外斜立柱的内部空间分割为若干水密舱室；

一箱型甲板；所述箱型甲板上设有油气处理系统、干湿采油井口、钻井设备、定位系泊系统和月池；所述箱型甲板的内部设有生产功能舱室和钻井设备舱室；所述月池与所述环形浮箱的中央井的几何中心在一条垂直线上；

至少三根自升式桩腿：所述自升式桩腿采用透空桁架式桩腿；所述自升式桩腿连接所述环形浮箱和所述箱型甲板，并支撑所述箱型甲板及其上的载荷；所述自升式桩腿可过电动液压式、电动齿轮齿条式或电磁升降技术的升降装置将所述箱型甲板升降至所需高度。

前述自升式半潜多功能平台，所述平台采用自升式桩腿支撑所述箱型甲板及其上的载荷；所述箱型甲板与所述环形浮箱之间的桩腿长度、所述自升式桩腿的数量、截面尺寸以及支点可以随所述自升式桩腿的实际布置和上部模块的质量以及平台安装要求进行调节。

前述自升式半潜多功能平台，所述浮体不直接与所述箱型甲板相连接，所述箱型甲板尺寸不受桩腿间距限制，可以根据所述箱型甲板空间需求自主定义；所述环形浮箱的尺寸以及所述外斜立柱的数量和尺寸也可以较大范围地优化，以保证良好的运动性能和稳性。

前述自升式半潜多功能平台，所述环形浮箱的立面为方形或矩形；所述环形浮箱的横截面为方形倒圆角或矩形倒圆角；所述外斜立柱对称设置4个或6个，分别设于所述环形浮箱的靠外侧位置；所述环形浮箱在所述外斜立柱的外侧有所延伸。

前述自升式半潜多功能平台，所述外斜立柱的横截面为圆形、方形倒圆角或其它正多边形倒圆角，且每根所述外斜立柱的侧面安装螺旋形侧板。

前述自升式半潜多功能平台，所述环形浮箱中心处的中央井，允许立管和其它管道从中穿越；立管在所述自升式桩腿覆盖范围和所述中央井内受到良好的保护。

实施例2：

如图1所示，本发明提供的自升式半潜多功能平台包括一个箱型甲板1、一个浮体2以及将箱型甲板1和浮体2连接起来的自升式桩腿3。其中，箱型甲板1上布置有钻机及油气处理模块4等设施，箱型甲板1内部设有生产功能舱室和钻井设备舱室；浮体2包括环形浮箱5以及环形浮箱5上的外斜立柱6。环形浮箱5内部设有压载舱、储油舱、生产功能舱室、钻井设备舱室和泵舱，环形浮箱5的部分压载舱采用永久固定压载方式，舱内填充重物，保证平台的浮心高于重心，环形浮箱5在外斜立柱6外侧的浮箱外伸翼7部分有助于增大平台浮力和有效承载，并进一步改善平台的运动性能。外斜立柱沿环形浮箱5几何中心的垂向轴线向外倾斜，外斜立柱5的侧面安装螺旋形侧板8，内部空间分割为若干水密舱室。箱型甲板1的月池9和环形浮箱5的中央井10在垂直方向上相一致，以方便钻机及油气处理模块4的油气生产立管/钻井立管11从中穿过，并为立管11提供横向支撑。

如图2所示，本发明拖航时，将箱型甲板沿自升式桩腿下降至靠近环形浮箱，尽量降低平台重心，减小平台受风面积，提高拖航稳性，减小拖航阻力，达到避免海上安装的风险，降低安装成本的目的。

如图3所示，本发明的浮体由环形浮箱5和外斜立柱6组成。为了增大平台的可变载荷、排水量和储油量，降低平台重心并使环形浮箱兼具有垂荡板功能，环形浮箱的四周相对于外斜立柱6有所外伸，形成环形浮箱外伸翼7部分。

图4是甲板上布置油气生产模块时的立面结构视图。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

本发明充分利用自升式桩腿的长度调节功能和外斜立柱与环形浮箱组成的浮体的压载功能，降低平台重心，提高平台稳性，改善平台运动性能，尤其是减小垂荡运动幅度，从而满足干树采油的要求；巨大的环形浮箱内部空间可分割为储油舱、压载舱、泵舱等钻采生产的功能舱室；自升式桩腿设计使得上部组块和浮体尺寸不受立柱间距的影响，并方便根据工况调节桩腿长度，实现平台的总体性能最优化设计，降低码头安装与整体拖航的难度。

Claims (6)

1.一种自升式半潜多功能平台，包括甲板、浮体和连接于甲板、浮体之间的自升式桩腿，其特征在于：所述甲板为箱体结构的箱型甲板，箱型甲板内部分设多个设备舱室，箱型甲板中央预设有月池；所述浮体包括环形浮箱和设置在环形浮箱上方的立柱，立柱为中空密封结构，多个立柱对称布设在环形浮箱的外周，环形浮箱的中央预设有中央井，环形浮箱的中央井与箱型甲板的月池的几何中心在同一条垂直线上。

2.根据权利要求1所述的自升式半潜多功能平台，其特征在于：所述立柱沿环形浮箱几何中心的垂向轴线向外倾斜，且立柱之间通过连接筋相互连接，立柱的内部空间分割为若干个水密舱室。

3.根据权利要求2所述的自升式半潜多功能平台，其特征在于：所述立柱的外表面固定连接有螺旋形侧板。

4.根据权利要求1、2或3所述的自升式半潜多功能平台，其特征在于：所述环形浮箱的外立面上均设有浮箱外伸翼。

5.根据权利要求4所述的自升式半潜多功能平台，其特征在于：所述自升式桩腿采用透空桁架式桩腿；所述立柱对称设置4个或6个，其横截面为圆形或正多边形倒圆角；所述中央井和月池为方形倒圆角或矩形倒圆角；所述环形浮箱的横截面为方形倒圆角或矩形倒圆角，环形浮箱的内部设有包括压载舱、储油舱、生产功能舱室、钻井设备舱室和泵舱。

6.根据权利要求5所述的自升式半潜多功能平台，其特征在于：所述环形浮箱的部分压载舱采用永久固定压载方式，舱内填充重物，保证平台的浮心高于重心。