CN201580542U - 一种三角形桁架单柱平台 - Google Patents

Abstract

一种三角形桁架单柱平台，涉及深海油气田开采平台，其特征在于：软舱(5)和硬舱(2)间通过三角形桁架(3)连接，三角形桁架(3)上沿纵向均匀设置有三个圆形垂荡板(4)，硬舱(2)中部设有圆柱状的中央井(1)。本实用新型所述的三角形桁架单柱平台，采用圆柱状的中央井，增大了中央井的刚度，硬舱和软舱采用三角形桁架连接，中间段的结构重量降低20％左右；采用圆形垂荡板，垂荡板周长增加了11％(垂荡板与水接触的边界越长，垂荡阻尼越大)，因而，垂荡阻尼增大。

Description

一种三角形桁架单柱平台

技术领域

本实用新型涉及深海油气田开采平台，具体的说是一种三角形桁架单柱平台。

背景技术

目前国外的深水油气田开发主要采用Spar(单柱平台)、TLP(张力腿平台)、FPS(浮式生产系统)和FPSO(浮式生产储运系统)等作为生产平台，其中，Spar(单柱平台)的适用水深更大，适合于我国南海的深水油气开发。国外的Spar(单柱平台)有三种结构形式：ClassicSpar(经典单柱平台)、Truss Spar(桁架单柱平台)和Cell Spar(管束单柱平台)。其中，Cell Spar(管束单柱平台)主要用于边际油田的开发，Classic Spar(经典单柱平台)则因承载比小而不再应用。因此，Truss Spar(桁架单柱平台)是目前深水开发的主流Spar平台。

Truss Spar(桁架单柱平台)采用桁架结构连接硬舱和软舱，桁架部分设置了垂荡板，中央井为方形，其结构重量低于Classic Spar(经典单柱平台)，整体动力性能优于Classic Spar(经典单柱平台)，承载比可达66％(Classic Spar仅为35％)。但Truss Spar(桁架单柱平台)存在以下不足：

1、方形中央井的刚度小，需采用较大尺寸的骨架和较厚的钢板来满足刚度要求。

2、Truss Spar(桁架单柱平台)的中间段采用矩形桁架结构，其用钢量大，从而使结构自重较大，因此，硬舱尺寸较大，从而造成承载比较小，结构成本高。

3、Truss Spar(桁架单柱平台)的垂荡板与桁架结构形状相同，为矩形垂荡板，其对角线与硬舱直径相同，两对边均小于硬仓的圆形壳体，垂荡板周长小于硬舱周长，因此，不能获得最大的垂荡阻尼。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种三角形桁架单柱平台，目的之一是增大中央井的刚度，以减小骨架尺寸和钢板厚度，从而减少钢材用量，增大结构的承载比。目的之二是减小中间段的重量，从而进一步减少用钢量，增大承载比。目的之三是通过增加垂荡板的外廓面积来增加边界长度，从而增加结构的垂荡阻尼。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种三角形桁架单柱平台，包括软仓5和硬仓2，其特征在于：软仓5和硬仓2间通过三角形桁架3连接，三角形桁架3上沿纵向均匀设置有三个圆形垂荡板4，硬仓2中部设有圆柱状的中央井1。

在上述技术方案的基础上，硬仓2是由圆环形顶壁、圆环形底壁、圆柱形外壁21和圆柱形中央井壁22围成的密闭结构，由水密舱壁沿竖直高度将密闭结构的主体分隔成6个舱室层，在水平面内将每个舱室层对称分为12个舱室23，靠近水面的舱室设有双层防水壁，硬仓2下部的舱室兼做可变压载舱24。

在上述技术方案的基础上，软仓5呈圆柱状，沿周向设有四个临时浮舱25，且四个临时浮舱25围绕固定压载舱26设置。

在上述技术方案的基础上，圆形垂荡板4上沿圆周方向均匀分布有若干正方形开孔41。

在上述技术方案的基础上，中央井1内容纳有16根12英寸的刚性采油立管31。

在上述技术方案的基础上，所述三角形桁架单柱平台61还包括由16根系泊缆62组成的系泊系统，所述16根系泊缆等分为4组对称布置于平台四周。

在上述技术方案的基础上，每根系泊缆由锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成，单根系泊缆62的下桩点72距三角形桁架单柱平台61的水平距离为1439m，硬仓2下端外表面设有导缆器71，导缆器71距海底为1439m，系泊缆62总长为2035米。

本实用新型所述的三角形桁架单柱平台，采用圆柱状的中央井，增大了中央井的刚度，硬舱和软舱采用三角形桁架连接，中间段的结构重量降低20％左右；采用圆形垂荡板，垂荡板周长增加了11％(垂荡板与水接触的边界越长，垂荡阻尼越大)，因而，垂荡阻尼增大。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1三角形桁架单柱平台的结构示意图

图2图1的纵剖图

图3图2的A-A剖视图

图4图2的B-B剖视图

图5图2的C-C剖视图

图6系泊系统示意图

图7系泊缆与平台连接示意图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型所述的三角形桁架单柱平台(Tri-Truss Spar)的结构示意图，具体设计如下：

1.主体结构

本实用新型所述的Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)按照容纳16根12英寸的刚性采油立管31(参见图3)设计，如图1、2、3所示，硬舱是由圆环形顶壁、圆环形底壁、圆柱形外壁21和圆柱形中央井壁22围成的密闭结构，提供整个平台的浮力。为了保证平台具有较好的抗沉性，硬舱内部由水平舱壁和竖直舱壁分隔成若干小的舱室23，硬舱下部设有可变压载舱24来调节平台的吃水和浮态。中间段的三角形桁架3提供硬舱2和软舱5的连接，三层垂荡板4等间隔设置于桁架结构中。软舱结构(见图5)同硬舱类似，包含了临时浮舱25和固定压载舱26，如图2所示。固定压载舱的作用是保证平台在扶正过程中有足够的回复力矩和降低结构重心，以满足结构的初稳性要求。

本实用新型所述的Tri-Truss Spar，利用SESAM软件GeniE模块建模，计算得到结构的自重为13471t，而结构的上部组块，即甲板及设备重量为10000t，有效承载比为上部组块重量与结构自重的比值，计算表明，Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)的有效承载比大于Truss Spar(桁架单柱平台)8个百分点，达到了74％。

2.硬舱

Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)与船舶类似，由水密舱壁将密闭结构的主体分隔成适当数量的舱室主要是考虑Spar平台的破舱稳性，使主体在一个舱室破损进水后仍能保持一定的浮性和稳性。

参考船舶舱室分布规范，本实用新型将Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)的硬舱沿竖直高度分为6个舱室层(参见图2)，最下方的舱室层内的舱室兼做可变压载舱。由于靠近水面的舱室容易发生撞击损坏，所以舱室的高度相对小一些，并设有双层防水壁(图中未示出)。

水平面内分舱也是为了提高主体的抗沉性，将Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)在水平面内将每个舱室层对称分为12个舱室23，如图3所示。

3.中央井(moonpool)

Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)采用了三角形桁架连接软、硬舱的结构方案，如图1、2所示。这样，可以减小连接段的重量，并可方便地增设垂荡板而与Truss Spar(桁架单柱平台)媲美。圆柱状的中央井1一方面增大了中央井的刚度，同时也便于顶张式立管(即刚性采油立管31)的灵活布置。本实用新型的刚性采油立管31采用圆周形布置，如图3所示。

4.垂荡板

Spar(单柱平台)平台通常配备刚性立管，立管和其他生产设备对平台的垂荡运动性能要求很严格。为了避免平台与波浪产生共振，使平台拥有良好的运动性能，通常应使平台的垂荡固有周期远大于波浪周期。增加Spar(单柱平台)垂荡固有周期的方法通常有两种：(1)增加结构吃水；(2)增加结构质量和附加质量。为了获得更大的有效承载能力，Spar(单柱平台)通常都要减少结构本身的质量，所以通常采用增加结构吃水和附加质量的方法来增大Spar(单柱平台)垂荡固有周期。

垂荡板可以增加主体的垂向附加质量，并提供附加阻尼。目前垂荡板的研究仍是一个难题，现有研究成果得出影响垂荡板性能的主要因素为：(1)垂荡板数目及间距；(2)板厚及骨材尺寸；(3)板的尺度及开口。Prislin的实验说明：当L-D典型的形状比H/L在0.70～0.75范围内时，每块板的附加质量为单板时的85％～95％。Troesch的实验证明：当板厚超过宽度的1/50时，阻尼效果将会显著降低。由此可确定垂荡板的间距和厚度及垂荡板尺寸。在垂荡板上适当开孔，将会增加板与水接触的周长，产生更多的漩涡脱落，从而提高阻尼效果。面积相同的圆孔和方孔，方孔的周长较大，所以选择正方形开孔，见图4，即圆形垂荡板4上沿圆周方向均匀分布有若干正方形开孔41。

5.系泊系统

系泊系统的主要作用是减小Spar(单柱平台)的水平运动，但同时为保证系泊系统本身的强度，又不宜产生过大的约束力。系泊系统的设计原则是：在最小运动和最大系泊力之间寻求平衡，选择系统最适宜的刚度。

系泊系统利用系泊缆的张力将Spar(单柱平台)保持在相对固定的位置。当Spar(单柱平台)受到环境荷载作用而运动时，引起系泊缆中张力发生变化。张力的水平分量与结构位移间的比值即为系泊系统的系泊刚度。对于完整的系泊系统，要求Spar(单柱平台)的漂移小于4％水深；当一根系泊缆损坏时，Spar(单柱平台)的漂移应小于6％水深。

Tri-Truss Spar系泊系统采用张紧式系泊系统，即系泊力的垂直分量由系泊缆62的张力提供。该系泊系统由16根系泊缆组成，分成4组对称布置，如图6所示。如图6、7所示，单根系泊缆下桩点(下桩点是海底的锚固点)72距本实用新型所述的Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)61的水平距离为1439m，硬仓下端外表面设有导缆器71，导缆器71距海底为1439m，系泊缆62总长为2035米。每根系泊缆由锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成，系泊缆的一端与海底的锚基(即下桩点72)连接。另一端穿过导缆器与张紧器73相连，通过调节张紧器73来改变系泊缆的张力，使系泊系统的刚度达到设计要求。

本实用新型所述的三角形桁架单柱平台(Tri-Truss Spar)是为进一步提高Spar平台承载比而设计的一种改进的桁架单柱平台(Truss Spar)，该设计吸收了国外现有桁架单柱平台(Truss Spar)结构的深吃水特点，在结构上做出了重大改进，使得Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)的综合性能更适合我国南海深水油气田的应用。

本实用新型针对Truss Spar(桁架单柱平台)结构的不足，提出了采用三角形桁架结构、圆形垂荡板和圆形中央井的设计方案，可以减小结构自重，增大结构的垂荡阻尼，从而改善结构的动力性能。其目的在于：

1、减小结构自重，提高结构承载比。

深水浮式平台的自重是影响平台承载比，增加结构成本的主要因素，本实用新型旨在在原有Truss Spar(桁架单柱平台)的基础上，减少结构构件的数量，降低结构自重，从而达到降低成本，提高承载比的目的。

2、增大垂荡阻尼

以桁架的三角形为圆形垂荡板的内接三角形，增大了Truss Spar(桁架单柱平台)矩形垂荡板的面积，并采用方孔设计来增加边界长度，这两点增大了垂荡板的垂荡阻尼。

3、增大中央井刚度、减小中央井用钢量，从而进一步减小结构自重，增大结构承载比。

Tri-Truss Spar(三角形桁架单柱平台)采用了圆形中央井结构，其刚度远远大于方形中央井结构。因此，其井壁的钢板厚度和骨架的型钢尺寸均减小，从而减小了用钢量，降低了Truss Spar(桁架单柱平台)重量，提高了Truss Spar(桁架单柱平台)的承载比。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.与Truss Spar(桁架单柱平台)相比，其中间段的重量大大减小，从而提高了结构的承载比，降低了结构成本。

2.与Truss Spar(桁架单柱平台)相比，圆形中央井结构提高了(方型)中央井的刚度(壳刚度大于板刚度)，从而减小中央井壁厚，降低结构自重，提高结构承载比，降低了结构成本。

3.与Truss Spar(桁架单柱平台)相比，由于采用圆形垂荡板，使垂荡板边界增大了11％，从而增大了结构的垂荡阻尼，改善了结构的动力稳定性。

4.与Truss Spar(桁架单柱平台)相比，其垂荡板采用了方形开孔结构，在相同开孔面积下，其周长更大，从而阻尼效果更好。

Claims (7)

1.一种三角形桁架单柱平台，包括软仓(5)和硬仓(2)，其特征在于：软仓(5)和硬仓(2)间通过三角形桁架(3)连接，三角形桁架(3)上沿纵向均匀设置有三个圆形垂荡板(4)，硬仓(2)中部设有圆柱状的中央井(1)。

2.如权利要求1所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：硬仓(2)是由圆环形顶壁、圆环形底壁、圆柱形外壁(21)和圆柱形中央井壁(22)围成的密闭结构，由水密舱壁沿竖直高度将密闭结构的主体分隔成6个舱室层，在水平面内将每个舱室层对称分为12个舱室(23)，靠近水面的舱室设有双层防水壁，硬仓(2)下部的舱室兼做可变压载舱(24)。

3.如权利要求1所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：软仓(5)呈圆柱状，沿周向设有四个临时浮舱(25)，且四个临时浮舱(25)围绕固定压载舱(26)设置。

4.如权利要求1或2或3所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：圆形垂荡板(4)上沿圆周方向均匀分布有若干正方形开孔(41)。

5.如权利要求1或2或3所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：中央井(1)内容纳有16根12英寸的刚性采油立管(31)。

6.如权利要求1或2或3所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：所述三角形桁架单柱平台(61)还包括由16根系泊缆(62)组成的系泊系统，所述16根系泊缆等分为4组对称布置于平台四周。

7.如权利要求6所述的三角形桁架单柱平台，其特征在于：每根系泊缆由锚链-尼龙缆-锚链三段组合而成，单根系泊缆(62)的下桩点(72)距三角形桁架单柱平台(61)的水平距离为1439m，硬仓(2)下端外表面设有导缆器(71)，导缆器(71)距海底为1439m，系泊缆(62)总长为2035米。

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