專利名稱：一種三角形桁架單柱平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及深海油氣田開(kāi)采平臺(tái)，具體的說(shuō)是一種三角形桁架單柱平臺(tái)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)外的深水油氣田開(kāi)發(fā)主要采用Spar (單柱平臺(tái))、TLP(張力腿平臺(tái))、 FPS (浮式生產(chǎn)系統(tǒng))和FPS0 (浮式生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng))等作為生產(chǎn)平臺(tái)，其中，Spar (單柱平臺(tái)) 的適用水深更大，適合于我國(guó)南海的深水油氣開(kāi)發(fā)。國(guó)外的Spar (單柱平臺(tái))有三種結(jié)構(gòu) 形式ClassicSpaH經(jīng)典單柱平臺(tái))、Truss Spar(桁架單柱平臺(tái))和Cell Spar(管束單 柱平臺(tái))。其中，Cell Spar(管束單柱平臺(tái))主要用于邊際油田的開(kāi)發(fā)，Classic Spar(經(jīng) 典單柱平臺(tái))則因承載比小而不再應(yīng)用。因此，Truss Spar(桁架單柱平臺(tái))是目前深水 開(kāi)發(fā)的主流Spar平臺(tái)。Truss Spar(桁架單柱平臺(tái))采用桁架結(jié)構(gòu)連接硬艙和軟艙，桁架部分設(shè)置了垂 蕩板，中央井為方形，其結(jié)構(gòu)重量低于Classic Spar (經(jīng)典單柱平臺(tái))，整體動(dòng)力性能優(yōu)于 Classic Spar(經(jīng)典單柱平臺(tái))，承載比可達(dá)66% (Classic Spar僅為35%)。但Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))存在以下不足1、方形中央井的剛度小，需采用較大尺寸的骨架和較厚的鋼板來(lái)滿足剛度要求。2,Truss Spar(桁架單柱平臺(tái))的中間段采用矩形桁架結(jié)構(gòu)，其用鋼量大，從而使 結(jié)構(gòu)自重較大，因此，硬艙尺寸較大，從而造成承載比較小，結(jié)構(gòu)成本高。3,Truss Spar(桁架單柱平臺(tái))的垂蕩板與桁架結(jié)構(gòu)形狀相同，為矩形垂蕩板，其 對(duì)角線與硬艙直徑相同，兩對(duì)邊均小于硬倉(cāng)的圓形殼體，垂蕩板周長(zhǎng)小于硬艙周長(zhǎng)，因此， 不能獲得最大的垂蕩阻尼。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種三角形桁架單柱平 臺(tái)，目的之一是增大中央井的剛度，以減小骨架尺寸和鋼板厚度，從而減少鋼材用量，增大 結(jié)構(gòu)的承載比。目的之二是減小中間段的重量，從而進(jìn)一步減少用鋼量，增大承載比。目的 之三是通過(guò)增加垂蕩板的外廓面積來(lái)增加邊界長(zhǎng)度，從而增加結(jié)構(gòu)的垂蕩阻尼。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種三角形桁架單柱平臺(tái)，包括軟倉(cāng)5和硬倉(cāng)2，其特征在于軟倉(cāng)5和硬倉(cāng)2間 通過(guò)三角形桁架3連接，三角形桁架3上沿縱向均勻設(shè)置有三個(gè)圓形垂蕩板4，硬倉(cāng)2中部 設(shè)有圓柱狀的中央井1。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，硬倉(cāng)2是由圓環(huán)形頂壁、圓環(huán)形底壁、圓柱形外壁21 和圓柱形中央井壁22圍成的密閉結(jié)構(gòu)，由水密艙壁沿豎直高度將密閉結(jié)構(gòu)的主體分隔成6 個(gè)艙室層，在水平面內(nèi)將每個(gè)艙室層對(duì)稱分為12個(gè)艙室23，靠近水面的艙室設(shè)有雙層防水 壁，硬倉(cāng)2下部的艙室兼做可變壓載艙24。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，軟倉(cāng)5呈圓柱狀，沿周向設(shè)有四個(gè)臨時(shí)浮艙25，且四個(gè)臨時(shí)浮艙25圍繞固定壓載艙26設(shè)置。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，圓形垂蕩板4上沿圓周方向均勻分布有若干正方形開(kāi) 孔41。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，中央井1內(nèi)容納有16根12英寸的剛性采油立管31。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述三角形桁架單柱平臺(tái)61還包括由16根系泊纜62 組成的系泊系統(tǒng)，所述16根系泊纜等分為4組對(duì)稱布置于平臺(tái)四周。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，每根系泊纜由錨鏈_尼龍纜_錨鏈三段組合而成，單根 系泊纜62的下樁點(diǎn)72距三角形桁架單柱平臺(tái)61的水平距離為1439m，硬倉(cāng)2下端外表面 設(shè)有導(dǎo)纜器71，導(dǎo)纜器71距海底為1439m，系泊纜62總長(zhǎng)為2035米。本實(shí)用新型所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，采用圓柱狀的中央井，增大了中央井的 剛度，硬艙和軟艙采用三角形桁架連接，中間段的結(jié)構(gòu)重量降低20%左右；采用圓形垂蕩 板，垂蕩板周長(zhǎng)增加了 11% (垂蕩板與水接觸的邊界越長(zhǎng)，垂蕩阻尼越大)，因而，垂蕩阻尼 增大。

本實(shí)用新型有如下附圖圖1三角形桁架單柱平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2圖1的縱剖圖圖3圖2的A-A剖視圖圖4圖2的B-B剖視圖圖5圖2的C-C剖視圖圖6系泊系統(tǒng)示意圖圖7系泊纜與平臺(tái)連接示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本實(shí)用新型所述的三角形桁架單柱平臺(tái)(Tri-Truss Spar)的結(jié)構(gòu)示意圖， 具體設(shè)計(jì)如下1.主體結(jié)構(gòu)本實(shí)用新型所述的Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱平臺(tái))按照容納16根12英 寸的剛性采油立管31 (參見(jiàn)圖3)設(shè)計(jì)，如圖1、2、3所示，硬艙是由圓環(huán)形頂壁、圓環(huán)形底 壁、圓柱形外壁21和圓柱形中央井壁22圍成的密閉結(jié)構(gòu)，提供整個(gè)平臺(tái)的浮力。為了保證 平臺(tái)具有較好的抗沉性，硬艙內(nèi)部由水平艙壁和豎直艙壁分隔成若干小的艙室23，硬艙下 部設(shè)有可變壓載艙24來(lái)調(diào)節(jié)平臺(tái)的吃水和浮態(tài)。中間段的三角形桁架3提供硬艙2和軟 艙5的連接，三層垂蕩板4等間隔設(shè)置于桁架結(jié)構(gòu)中。軟艙結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5)同硬艙類似，包 含了臨時(shí)浮艙25和固定壓載艙26，如圖2所示。固定壓載艙的作用是保證平臺(tái)在扶正過(guò)程 中有足夠的回復(fù)力矩和降低結(jié)構(gòu)重心，以滿足結(jié)構(gòu)的初穩(wěn)性要求。本實(shí)用新型所述的Tri-Truss Spar,利用SESAM軟件GeniE模塊建模，計(jì)算得到結(jié) 構(gòu)的自重為13471t，而結(jié)構(gòu)的上部組塊，即甲板及設(shè)備重量為10000t，有效承載比為上部組塊重量與結(jié)構(gòu)自重的比值，計(jì)算表明，Tri-Truss Spar(三角形桁架單柱平臺(tái))的有效承 載比大于Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))8個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了 74%。2.硬艙Tri-Truss Spar(三角形桁架單柱平臺(tái))與船舶類似，由水密艙壁將密閉結(jié)構(gòu)的 主體分隔成適當(dāng)數(shù)量的艙室主要是考慮Spar平臺(tái)的破艙穩(wěn)性，使主體在一個(gè)艙室破損進(jìn) 水后仍能保持一定的浮性和穩(wěn)性。參考船舶艙室分布規(guī)范，本實(shí)用新型將Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱平臺(tái)) 的硬艙沿豎直高度分為6個(gè)艙室層(參見(jiàn)圖2)，最下方的艙室層內(nèi)的艙室兼做可變壓載艙。 由于靠近水面的艙室容易發(fā)生撞擊損壞，所以艙室的高度相對(duì)小一些，并設(shè)有雙層防水壁 (圖中未示出)。水平面內(nèi)分艙也是為了提高主體的抗沉性，將Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱 平臺(tái))在水平面內(nèi)將每個(gè)艙室層對(duì)稱分為12個(gè)艙室23，如圖3所示。3.中央井(moonpool)Tri-Truss Spar(三角形桁架單柱平臺(tái))采用了三角形桁架連接軟、硬艙的結(jié)構(gòu) 方案，如圖1、2所示。這樣，可以減小連接段的重量，并可方便地增設(shè)垂蕩板而與Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))媲美。圓柱狀的中央井1 一方面增大了中央井的剛度，同時(shí)也便于頂 張式立管(即剛性采油立管31)的靈活布置。本實(shí)用新型的剛性采油立管31采用圓周形 布置，如圖3所示。4.垂蕩板Spar (單柱平臺(tái))平臺(tái)通常配備剛性立管，立管和其他生產(chǎn)設(shè)備對(duì)平臺(tái)的垂蕩運(yùn) 動(dòng)性能要求很嚴(yán)格。為了避免平臺(tái)與波浪產(chǎn)生共振，使平臺(tái)擁有良好的運(yùn)動(dòng)性能，通常應(yīng)使 平臺(tái)的垂蕩固有周期遠(yuǎn)大于波浪周期。增加Spar (單柱平臺(tái))垂蕩固有周期的方法通常有 兩種(1)增加結(jié)構(gòu)吃水；(2)增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量和附加質(zhì)量。為了獲得更大的有效承載能力， Spar(單柱平臺(tái))通常都要減少結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量，所以通常采用增加結(jié)構(gòu)吃水和附加質(zhì)量 的方法來(lái)增大Spar (單柱平臺(tái))垂蕩固有周期。垂蕩板可以增加主體的垂向附加質(zhì)量，并提供附加阻尼。目前垂蕩板的研究仍是 一個(gè)難題，現(xiàn)有研究成果得出影響垂蕩板性能的主要因素為(1)垂蕩板數(shù)目及間距；(2) 板厚及骨材尺寸；(3)板的尺度及開(kāi)口。Prislin的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明當(dāng)L-D典型的形狀比H/L在 0.70 0.75范圍內(nèi)時(shí)，每塊板的附加質(zhì)量為單板時(shí)的85% 95%。Troesch的實(shí)驗(yàn)證明 當(dāng)板厚超過(guò)寬度的1/50時(shí)，阻尼效果將會(huì)顯著降低。由此可確定垂蕩板的間距和厚度及垂 蕩板尺寸。在垂蕩板上適當(dāng)開(kāi)孔，將會(huì)增加板與水接觸的周長(zhǎng)，產(chǎn)生更多的漩渦脫落，從而 提高阻尼效果。面積相同的圓孔和方孔，方孔的周長(zhǎng)較大，所以選擇正方形開(kāi)孔，見(jiàn)圖4，即 圓形垂蕩板4上沿圓周方向均勻分布有若干正方形開(kāi)孔41。5.系泊系統(tǒng)系泊系統(tǒng)的主要作用是減小Spar (單柱平臺(tái))的水平運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)為保證系泊系 統(tǒng)本身的強(qiáng)度，又不宜產(chǎn)生過(guò)大的約束力。系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是在最小運(yùn)動(dòng)和最大系泊 力之間尋求平衡，選擇系統(tǒng)最適宜的剛度。系泊系統(tǒng)利用系泊纜的張力將Spar(單柱平臺(tái))保持在相對(duì)固定的位置。當(dāng) Spar(單柱平臺(tái))受到環(huán)境荷載作用而運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起系泊纜中張力發(fā)生變化。張力的水平分量與結(jié)構(gòu)位移間的比值即為系泊系統(tǒng)的系泊剛度。對(duì)于完整的系泊系統(tǒng)，要求Spar(單柱 平臺(tái))的漂移小于4%水深；當(dāng)一根系泊纜損壞時(shí)，Spar (單柱平臺(tái))的漂移應(yīng)小于6%水 深。Tri-Truss Spar系泊系統(tǒng)采用張緊式系泊系統(tǒng)，即系泊力的垂直分量由系泊纜62 的張力提供。該系泊系統(tǒng)由16根系泊纜組成，分成4組對(duì)稱布置，如圖6所示。如圖6、 7所示，單根系泊纜下樁點(diǎn)(下樁點(diǎn)是海底的錨固點(diǎn))72距本實(shí)用新型所述的Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱平臺(tái))61的水平距離為1439m，硬倉(cāng)下端外表面設(shè)有導(dǎo)纜器71，導(dǎo)纜 器71距海底為1439m，系泊纜62總長(zhǎng)為2035米。每根系泊纜由錨鏈-尼龍纜-錨鏈三段 組合而成，系泊纜的一端與海底的錨基(即下樁點(diǎn)72)連接。另一端穿過(guò)導(dǎo)纜器與張緊器 73相連，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊器73來(lái)改變系泊纜的張力，使系泊系統(tǒng)的剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本實(shí)用新型所述的三角形桁架單柱平臺(tái)(Tri-Truss Spar)是為進(jìn)一步提高Spar 平臺(tái)承載比而設(shè)計(jì)的一種改進(jìn)的桁架單柱平臺(tái)(Truss Spar)，該設(shè)計(jì)吸收了國(guó)外現(xiàn)有桁 架單柱平臺(tái)(Truss Spar)結(jié)構(gòu)的深吃水特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上做出了重大改進(jìn)，使得Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱平臺(tái))的綜合性能更適合我國(guó)南海深水油氣田的應(yīng)用。本實(shí)用新型針對(duì)Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))結(jié)構(gòu)的不足，提出了采用三角形桁 架結(jié)構(gòu)、圓形垂蕩板和圓形中央井的設(shè)計(jì)方案，可以減小結(jié)構(gòu)自重，增大結(jié)構(gòu)的垂蕩阻尼， 從而改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。其目的在于1、減小結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)承載比。深水浮式平臺(tái)的自重是影響平臺(tái)承載比，增加結(jié)構(gòu)成本的主要因素，本實(shí)用新型 旨在在原有Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))的基礎(chǔ)上，減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量，降低結(jié)構(gòu)自重， 從而達(dá)到降低成本，提高承載比的目的。2、增大垂蕩阻尼。以桁架的三角形為圓形垂蕩板的內(nèi)接三角形，增大了 Truss Spar(桁架單柱平 臺(tái))矩形垂蕩板的面積，并采用方孔設(shè)計(jì)來(lái)增加邊界長(zhǎng)度，這兩點(diǎn)增大了垂蕩板的垂蕩阻 尼。3、增大中央井剛度、減小中央井用鋼量，從而進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)自重，增大結(jié)構(gòu)承載 比。Tri-Truss Spar (三角形桁架單柱平臺(tái))采用了圓形中央井結(jié)構(gòu)，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于方形中央井結(jié)構(gòu)。因此，其井壁的鋼板厚度和骨架的型鋼尺寸均減小，從而減小了用鋼 量，降低了 Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))重量，提高了 Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))的承載 比。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.與Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))相比，其中間段的重量大大減小，從而提高了結(jié) 構(gòu)的承載比，降低了結(jié)構(gòu)成本。2.與Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))相比，圓形中央井結(jié)構(gòu)提高了(方型)中央井 的剛度(殼剛度大于板剛度)，從而減小中央井壁厚，降低結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)承載比，降低 了結(jié)構(gòu)成本。3.與Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))相比，由于采用圓形垂蕩板，使垂蕩板邊界增大 了 11%，從而增大了結(jié)構(gòu)的垂蕩阻尼，改善了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性。[0055] 4.與Truss Spar (桁架單柱平臺(tái))相比，其垂蕩板采用了方形開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，在相同開(kāi) 孔面積下，其周長(zhǎng)更大，從而阻尼效果更好。
權(quán)利要求一種三角形桁架單柱平臺(tái)，包括軟倉(cāng)(5)和硬倉(cāng)(2)，其特征在于軟倉(cāng)(5)和硬倉(cāng)(2)間通過(guò)三角形桁架(3)連接，三角形桁架(3)上沿縱向均勻設(shè)置有三個(gè)圓形垂蕩板(4)，硬倉(cāng)(2)中部設(shè)有圓柱狀的中央井(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于硬倉(cāng)⑵是由圓環(huán)形頂壁、 圓環(huán)形底壁、圓柱形外壁(21)和圓柱形中央井壁(22)圍成的密閉結(jié)構(gòu)，由水密艙壁沿豎直 高度將密閉結(jié)構(gòu)的主體分隔成6個(gè)艙室層，在水平面內(nèi)將每個(gè)艙室層對(duì)稱分為12個(gè)艙室 (23)，靠近水面的艙室設(shè)有雙層防水壁，硬倉(cāng)(2)下部的艙室兼做可變壓載艙(24)。
3.如權(quán)利要求1所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于軟倉(cāng)(5)呈圓柱狀，沿周向 設(shè)有四個(gè)臨時(shí)浮艙(25)，且四個(gè)臨時(shí)浮艙(25)圍繞固定壓載艙(26)設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于圓形垂蕩板(4)上 沿圓周方向均勻分布有若干正方形開(kāi)孔(41)。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于中央井(1)內(nèi)容 納有16根12英寸的剛性采油立管(31)。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于所述三角形桁架 單柱平臺(tái)(61)還包括由16根系泊纜(62)組成的系泊系統(tǒng)，所述16根系泊纜等分為4組 對(duì)稱布置于平臺(tái)四周。
7.如權(quán)利要求6所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，其特征在于每根系泊纜由錨鏈-尼龍 纜-錨鏈三段組合而成，單根系泊纜(62)的下樁點(diǎn)(72)距三角形桁架單柱平臺(tái)(61)的水 平距離為1439m，硬倉(cāng)(2)下端外表面設(shè)有導(dǎo)纜器(71)，導(dǎo)纜器(71)距海底為1439m，系泊 纜(62)總長(zhǎng)為2035米。
專利摘要一種三角形桁架單柱平臺(tái)，涉及深海油氣田開(kāi)采平臺(tái)，其特征在于軟艙(5)和硬艙(2)間通過(guò)三角形桁架(3)連接，三角形桁架(3)上沿縱向均勻設(shè)置有三個(gè)圓形垂蕩板(4)，硬艙(2)中部設(shè)有圓柱狀的中央井(1)。本實(shí)用新型所述的三角形桁架單柱平臺(tái)，采用圓柱狀的中央井，增大了中央井的剛度，硬艙和軟艙采用三角形桁架連接，中間段的結(jié)構(gòu)重量降低20％左右；采用圓形垂蕩板，垂蕩板周長(zhǎng)增加了11％(垂蕩板與水接觸的邊界越長(zhǎng)，垂蕩阻尼越大)，因而，垂蕩阻尼增大。
文檔編號(hào)B63B35/44GK201580542SQ20092027092
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者上官麗紅, 于衛(wèi)紅, 黃維平, 龔超 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)