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1、海洋石油平台总体海洋石油平台总体 设计方法研究设计方法研究梁祖贤 Emil:L海洋石油平台总体设计方法研究海洋石油平台总体设计方法研究一.概述 二.组成部分 三.设计方法 四.建造工艺 五.现场安装Email:L一.概述海洋钻井平台（海洋钻井平台（drilling platformdrilling platform）是主要用于钻探井的海）是主要用于钻探井的海 上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安 全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段 。主要分为移动式平
2、台和固定式平台两大类。其中按结构又可。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可 分为：分为：（1 1）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜 式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台（2 2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水 顺应塔式平台顺应塔式平台（3 3） Floating Production Storage & Offloading（浮式生产储浮式生产储 存卸货装置存卸货装置）Email:LEmail:L移动式平台坐底式平
3、台坐底式平台自升式平台自升式平台钻井船钻井船半潜式平台半潜式平台张力腿式平台张力腿式平台牵索式平台牵索式平台Email:L移动式平台移动式平台坐底式平台坐底式平台坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流 和海湾等和海湾等30m以下的浅水域。坐底式平台有两个船以下的浅水域。坐底式平台有两个船 体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备， 通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其 主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基主要功能是压载以及海底支撑作用，用作
4、钻井的基 础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在 到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从 稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受 到海底基础到海底基础(平坦及坚实程度平坦及坚实程度)的制约。所以这种平的制约。所以这种平 台发展缓慢。台发展缓慢。Email:LEmail:L移动式平台移动式平台自升式钻井平台自升式钻井平台自升式钻井平台又称甲板升降式或桩腿式平台。这种石油钻井装置在 浮在水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可 升降的
5、桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移 位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到 新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少、造价低，在各种海 况下都能平稳地进行钻井作业；缺点是桩腿长度有限，使它的工作水 深受到限制，最大的工作水深约在120m左右。超过此水深，桩腿重量 增加很快，同时拖航时桩腿升得很高，对平台稳性和桩腿强度都不利 。自升式平台有自航、助航和非自航之分，但大多数为非自航。平台 形状有三角形平台(三根桩腿)、矩形平台(一般为四根桩腿)和五角形平 台(五根桩腿)等。为了在较深水域和环境恶劣的海况下工作时减少平台 所受的力，最佳的自升式平台应是单桩
6、腿平台。欧洲北海使用的自升 式平台大都是此种单桩腿的自升式平台。 Email:LEmail:L移动式平台移动式平台钻井船钻井船钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或 驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位 系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航 式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻 井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中 央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船央
7、转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船 身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现 有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使 用。用。Email:LEmail:L移动式平台半潜式平台半潜式钻井平台（SEMI）由坐底式平台发展而来，上部为 工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下 船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪 影响小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力 定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达900-1200米。半 潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵
8、活 ；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的水下器具， 有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止，半潜式钻井 平台已经经历了第一代到第六代的历程。据统计，目前世界 范围内有深水自升式钻井平台65艘，大部分工作在墨西哥湾 和北海。其运营商主要为美国石油公司。Email:LEmail:L移动式平台张力腿式钻井平台张力腿式钻井平台（TLP）是利用绷紧状态下的锚 索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台 或生产平台。其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲 线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直 的。用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚( 重块)等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台 的重
9、力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的 拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力， 使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用 。自1954年提出设想以来，迄今已有55年的历史。Email:LEmail:L移动式平台牵索式平台牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔， 该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通 常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可 用近海装油设施进行输送。埃克逊技术公司曾为欧洲北海 350m水深的环境设计牵索塔，该塔具有面积为365m2的四方 形剖面的塔式结构，整个长度的剖面都一样，其一端承载平台 设备，另一端停放在称为桩腿筒的
10、竖向承载基础上，有16根桩 腿，另有108cm的钢缆24根作为导引索系统，每根钢缆通过 旋转接头直到海底，分别与165t重的水泥块和14m长的桩连 接拉紧。桩的分布半径约有1000m，油井导管穿过桩腿筒，整 个系统可容纳30个油井导管。塔是顺应式的，能随波浪力的响 应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使它始终 保持垂直状态。设计时允许塔的倾斜度在2度以内。Email:LEmail:L固定式平台固定式平台导管架式平台导管架式平台混凝土重力式平台混凝土重力式平台深水顺应塔式平台深水顺应塔式平台Email:L固定式固定式导管导管架式平台架式平台固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台固定
11、平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台 、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用 水深一般小于水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海米，通过打桩的方法固定于海 底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自 1947年第一次被用在墨西哥湾年第一次被用在墨西哥湾6米水域以来，发米水域以来，发 展十分迅速，到展十分迅速，到1978年，其工作水深达到年，其工作水深达到312米米 ，目前世界上大于，目前世界上大于300米水深的导管架平台有米水深的导管架平台有7座座 。Email:LEmail:L固定式混凝土重力式平
12、台混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础(沉沉 箱箱)，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在 平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压 载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨 大重量，平台直接置于海底。现在已有大约大重量，平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重座混凝土重 力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大，对地力式平台用于北海。不过由于混凝土平
13、台自重很大，对地 基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降 平台。平台。固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以 采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几 亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是 打一枪换一个地方。打一枪换一个地方。Email:LEmail:L（FPSO）Floating Production Storage & Offloading浮浮式生产储存
14、卸货式生产储存卸货装置装置FPSO是英文是英文Floating Production Storage & Offloading的缩的缩 写，中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理写，中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理 、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投 资、高风险、高回报的海洋工程特点。资、高风险、高回报的海洋工程特点。FPSO俨然一座“海俨然一座“海 上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处 理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一理成合
15、格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一 定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。FPSO系统系统-作为作为 海上油气生产设施，海上油气生产设施，FPSO系统主要由系泊系统、载体系统系统主要由系泊系统、载体系统 、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。 FPSO（浮式生产储油船）、（浮式生产储油船）、TLP（张力腿平台）、（张力腿平台）、SPAR 是最主要的采油设备，其中，是最主要的采油设备，其中，TLP和和SPAR主要位于美国墨主要位于美国墨 西哥湾，其余国家现在主要是西哥湾，其余国家现在主要是FPSO。Email:LEmail:L海洋石油平台总体设计方 法研究平台组成平台组成Email:L平台组成固定式钻井平台 （导管架平台组成）
