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半潜式钻井平台锚泊定位锚链张力优化

半潜式钻井平台锚泊定位锚链张力优化
半潜式钻井平台锚泊定位锚链张力优化

半潜式钻井平台锚泊定位锚链张力优化

石建峰1,陈红卫1,王莉1

(江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003)

摘要:半潜式平台长期在海洋上生产作业时,为了防止其在外界环境风、浪、流的干扰下发生漂移,通过锚泊定位控制平台使其始终在安全范围内工作。当锚泊系统平台某角某一根或多根锚链张力过大或过小时,就会造成锚链因疲劳而断裂及能量的浪费。为充分发挥所有锚链的能力,使各锚链张力值尽量接近,对锚泊定位锚链张力进行研究。在遗传算法的基础上结合非线性规划算法进行锚链张力优化,结合两种算法的优点让优化结果具有更高的精度。最后,应用所建立的数学模型在Matlab/Simulink仿真环境下对981钻井平台进行仿真试验,仿真结果表明能在满足锚链张力均衡分布的情况下充分满足平台的作业要求,保证海洋平台工作的安全性。

关键词:深水半潜式平台;锚泊定位;数学建模;遗传算法;仿真

中国法分类号TP391.9 ; 文献标志码A

Research on optimization of chain tension for mooring anchor

for semi-submersible Platform

SHI Jianfeng1,CHEN Hongwei1,Wang Li1

(School of Electronics and Information, JiangSu University of Science and Technology, Zhenjiang

212003, China)

[Abstract]: The semi-submersible platform works in severe sea condition through the anchor mooring positioning, in order to prevent the platform in the external environment to drift under the interference of wind, wave and flow. This paper research on anchoring positioning chain tension. The genetic algorithm combined with nonlinear programming algorithm which can improve the optimization efficiency was adopted to optimize the tension, avoid the tension too large or too small which in platform of a corner, resulting in the chain due to fatigue fracture and energy waste. Simulation results of 981drilling rig was carried out on both in the standby condition and in operation condition, and the simulation in matlab/simulink results show that the scheme is effective to balance the distribution of tensions and keep the position of offshore platform. [Keywords]:deepwater semi-submersible;anchor mooring positioning; mathematic modeling; genetic algorithm; simulation

基金项目:江苏省产学研联合创新资金(BY2013066-08);江苏科技大学海洋装备研究院科研基金

(HZ2015006)

作者简介:石建峰(1992-),男,江苏省如皋人,硕士研究生。主要从事船舶自动化、计算机仿真的研究。陈红卫(1966-)女,教授,主要从事船舶自动化、计算机仿真的研究。

??

??

??????-----=r v r v u N N Y Y X D 0000

??

??

??????-=1000)cos()sin(0)sin()cos(

)(ψψψψψR 0 引言

南海海洋环境极端复杂恶劣,半潜式钻井平台满足了我国南海深海油气资源开发的需求,它抗风浪能力突出、甲板空间大,适用水深范围广。一般在1500米以内的深海区,半潜式平台通过锚泊定位在特定海域进行作业。半潜式平台锚泊系统,通过用锚及锚链、锚缆将平台系于海上,从而限制由风浪流引起的漂移,使其保持在预定位置上。

以工作在我国南海海域的981深水半潜式钻井平台作为研究对象[1-3],它具有石油天然气勘探、海底钻井等多种功能,最大作业水深达1500米深,981半潜式钻井平台主要结构由四大部分组成:上层甲板、4个立柱、4个横撑和2个浮体,主要参数如表1所示。锚泊系统锚链的布置方式如图1所示,12锚缆成对称式布置,一共4组,每组3根。

图1 平台系泊系统布置 表1 深水半潜平台主要参数

类型

单位

数值

甲板 m ×m ×m 74.42×74.42×8.60 立柱 m ×m ×m 17.385×17.385×21.46 浮体 m ×m ×m

114.07×20.12×8.54

生存吃水 m 16 作业吃水

m

19

1 数学建模

1.1 平台系统数学建模

半潜式平台在海上的运动是六自由度运动,在锚链张力优化研究中仅考虑纵向、横向和艏摇三自由度水平面运动,简化后的半潜式平台近似低频运动数学模型为[4-6]:

()Mv Dv R v

τ

ηψ+=??

=? (1) 式中:

)(ψR 为转换/旋转矩阵;T r v u v ],,[=为运动坐标系下纵荡、横荡和摇艏的速度;

T y x ],,[ψη=为固定坐标系下纵荡、横荡和

摇艏值;M 为惯性矩()RB A M M M +=,

包括附加质量和附加惯性矩阵;

D 为阻尼矩阵;τ为钻井平台所受的外力,包括风、流、和二阶波浪漂移作用引起的环境干扰力、锚链的张力。矩阵RB M 、A M 、D 的组成形式如下:

?????

?????=z RB

I mxg mxg m m M 0000 ????

??????-----=r v r v u A N N Y Y X M 0000; 1.2 环境载荷建模 1.2.1风载荷 风载荷的建模研究比较成熟,作用于平台上所产生的风力和风力矩为[4]:

???

????===L A C V N A C V Y A C V X L w N w a wind L w Y w a wind T

w X w a wind )(5.0)(5.0)(5.022

2γργργρ(2) 式中:wind X ,wind Y ,wind N 分别为风干扰

下产生的纵荡力、横荡力及艏摇力矩;a ρ为空气密度;W V 为海面以上10 m 的平均风速;)(w X C γ,)(w Y C γ,)(w N C γ分别为纵荡、横荡方向的风力系数和艏摇方向的风力

系数,采用OCIMF 的风力系数和风力距系数数值[7];T A 和L A 为平台水面以上部分的纵向截面积的总和及横向截面积的总和。L 为平台的总长。 1.2.2 流载荷

海流对平台的作用力和力矩建模为[4]:

(3)

式中:current X ,current Y ,current N 分别表示海流干扰作用到被控平台上产生的纵荡力、横荡力和艏摇力矩;ρ为海水密度取

3/025.1m kg ;c V 海流流速;L 为被控平台

总长;γA 和L A 分别为海面以下部分的纵向截面积的总和及横向截面积之和。)(βX C ,

)(βY C ,)(βN C 分别是平台的纵荡力系数,

横荡力系数以及艏摇力矩系数[7]。 1.2.3 二阶波浪力

二阶波浪力是波浪作用于钻井平台使其缓慢偏离原来位置的力,在研究平台的低频响应时必须对二阶波浪力加以控制。

二阶波浪力通过经验公式计算[4]

?????-===α

ξρα

ξρα

ξρsin 25.0sin 5.0cos 5.02

22

2

nw wave yw wave xw wave C gL N C gL Y C gL X (4) 式中:wave X ,wave Y ,wave N 分别表示纵荡、横荡和艏摇干扰力/力矩;ξ为平均波幅;xw C ,yw C ,nw C 分别为纵向力漂移系数、横向力漂移系数和艏摇漂移系数[7];ρ为海水密度;g 为重力加速度;L 为平台的

平台长度;

α为波浪与半潜式钻井平台中线面的夹角。

2 锚泊定位系统张力优化

2.1 最优控制策略模型

海上半潜式钻井平台进行作业时,其锚泊系统所有锚链共同作用来平衡环境载荷及其产生的外力矩;为防止单根或多根锚链因疲劳使用而断裂,同时又充分发挥所有锚链的能力,各锚链张力值应尽量接近[8-10]。

设定目标函数为任意锚链之间张力差

的平方和最小来达到张力优化目的,建立规划模型[11-12]:

212112

1

)(min j i j i T T F -=∑∑== (5)

为了防止平台在环境载荷作用下发生慢漂运动,通过等式约束来保证海洋平台的位置[11-12]:

其中:x F 和y F 为海洋环境横荡及纵荡方向上的扰动力;N 为海洋环境艏摇方向上的干扰力矩;i T 为锚链张力;i ?为锚链的布置角度;i θ为着缆点和平台中心的连线

与x 轴的夹角;

i d 为着缆点到平台中心位置的距离。

不等式约束用来保证锚链的安全性:

max min T T T ≤≤

2.2 优化算法

上述约束条件中存在着等式约束,变量的个数是12,等式约束有3个,选择其他9个锚链张力变量92,1,T T T 作为设计变量,其余3个变量121110,,T T T 由线性方程组求出,由此保证等式约束成立。

遗传算法全局搜索能力强,计算时效性

???

????===s N c current s Y c current X c current A LC V N A C V Y A C V X )(5.0)(5.0)(5.02

2

2βρβρβργ

?????????=-+-=-=-∑∑∑===12

1

12

112

10)cos sin sin cos (0sin 0cos i i i i i i i i y i i i x i i N d T F T F T θ?θ???

较高,适合求解超静定约束优化问题[13-14]。但其局部搜索能力弱,容易陷入局部最优解。锚链张力优化是以张力的均匀分布为基础,优化方法的精度很重要。为了使张力优化性能指标达到最优,将非线性规划和遗传算法相结合,两种算法同时进行搜索,从而达到更好优化解,提高寻优结果的精度。

其步骤可总结如下:

1)初始化参数。包括种群规模Q ,代数G ,变量1212[,,]T T T T =,交叉率c P ,

变异率m P 。

2)编码操作。变量T 采用实数编码,每一个变量用一个实数表示,编码的长度即每个染色体基因的个数,在约束边界],[U L 内随机生成Q 个个体作为初始群体。

3)计算种群适应度值,从中找出最优个体。

4)遗传算法操作。经过选择、交叉、变异操作产生新种群。

选择操作采用轮盘赌法,交叉操作采用实数交叉法,变异操作则是随机从种群中选取一个个体,选择个体中的一点进行变异产生更优秀的个体。

5)非线性寻优。每进化一定代数后,得到满足约束的最优控制量解以得到所有满足目标函数的最优种群个体为初始值进行局部非线性寻优,并把寻到的局部最优值

作为新个体染色体继续进化。 6)判断进化是否结束,若否则返回3)。 算法流程如图2所示。

图2优化算法流程图

2.3 张力优化

平台在待机工况下一年一遇海情(风速 26.3 m/s ,流速1.03 m/s ,海浪有义波高6m ,三者方向均为60°) 锚链张力优化结果如表2所示。遗传算法的初始参数为:

200Q =;200G =;0.7c P =;

0.01m P =。 表2 两种优化方法结果 NO. KN T i /

GA 改进GA 1 935 833 2 1014 903 3 1167 1034 4 2441 2346 5 2714 2567 6 2949 2671 7 3316 2690 8 3170 2812 9 2944 2842 10 1974 1872 11 1649 1511 12

1371

1224

优化结果表明,改进的遗传算法具有更高的优化精度,更适合锚链张力的优化。

3 张力优化的应用仿真

张力优化算法的有效与否以及是否适用于半潜式钻井平台锚泊定位系统是需要通过仿真实验来进行验证,锚泊定位平台的位

姿信

息解算流程如图3所示,其中.,11--=-=M B D M A

图3 平台运动信息的求解

锚链张力

平台运动数学模型

Runge-Kutta 积分算法

固定坐标下的纵荡、横荡和艏摇的位姿

()

R ψ张力优化算法

浪力/矩流力/矩

风力/矩PID

PID PID 目标位置与艏向

x

e y e e ψ

v Av B τ

=+种群初始化

计算目标函数适应度

选择

非线性寻优

最优种群交叉

变异

满足终止条件

开始

结束

将张力优化模型、钻井平台数学模型和外界环境载荷模型相结合,在Matlab/Simulink 仿真环境下,搭建系统仿真模型如图3所示,仿真模型主要包括:PID控制器(Surge, Sway, Yaw),张力分配(tension_allocation),平台低频运动数学模型(Plat_model),外界环境干扰力(Wind, Current, Wave)。张力分配优化算法和平台数学模型用Simulink/Subsystem模块来实现,环境载荷模型用Simulink/MATLAB-Function模块实现。

图4 张力优化仿真框图

一年一遇的海情(风速26.3 m/s,流速1.03 m/s,海浪有义波高6m,三者方向均为60°),以[0,0,0]为平台的期望位置对半潜式平台的纵荡、横荡和摇艏运动进行仿真研究。仿真结果如图5所示。

图5 仿真

结果

由图可知,半潜式平台的张力优化应用仿真虽然存在一定的稳态误差,但远远小于平台控制在工作水深3%的要求,满足了平

台作业要求的同时又保证了海洋平台工作的安全性。

4 结语

以“海洋石油981”深水半潜式钻井平台为研究对象,对平台的低频运动模型、以及风、流与二阶波浪力载荷进行了数学建模,利用改进的遗传算法优化锚链的张力,以使其受力均衡,防止单根或多根锚链因受力过大而断裂,充分发挥了所有锚链的能力。最后,仿真结果表明所建立的模型切实可行,易于工程上的实施与推广。

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海洋钻井平台组成及功能

关于海洋钻井平台 半潜式的系统,总的来说,平台的系统有点和普通的船舶相似,它们是: 1,压载系统,ballast system 2,消防系统,fifi system ,包含fire water system , water mist system , deluge system, foam system, co2 extinguishsystem, water spray system 按照每个平台基本设计的不同,会有其中的几个。 3,舱底水系统,bilge system 4, 海水冷却系统,sea water cooling system 5,淡水冷却系统,fresh water cooling system 6,燃油系统,fuel oil system 7,润滑油系统,lub oil system 8,主机排烟系统,exhaust system 9,废油系统,waste oil and sludge system 10,透气溢流系统,vent and overflow system 11,测深系统,souding system 包含 manual soundIng system 或者remote sounding system 12,启动空气系统,starting air system 13,平台空气系统,rig air system 14,仪表与控制空气系统, instrument air system 15,饮用水系统,potable system 16,生活水排放系统,sanitary discharege system 17,生活水供给系统 ,sanitary supply system 18,盐水系统,brine system 19,钻井水液系统,drill water system 20,钻井基油系统,base oil system 21,泥浆供给系统,mud supply system 22,高压泥浆排出系统,mud discharge system 23,泥浆处理系统,mud process system 24,泥浆真空系统,mud vacuum system 25,井口控制系统,subsea control system 26,分流器,高压管系系统,hp manifold and diverter system 27,灌井系统,trip tank system 28,除气系统,mud gas separator system 29,测井系统,well test system 30,隔水套管张紧系统,riser tensioner system 31,液压系统,hydaulicoil system 32,泥浆混合系统,mud mixing system 33,散货系统,包含bulk cement system 以及bulk mud system 34,高压冲洗系统,high pressure washing down system 35,甲板泄水系统,deck drain system 36,快关阀系统,quick closing vavle system 37,切屑处理系统,cutting handling system 38,直升机加油系统,helicopter refueling system 39,排舷外系统,overboard discharge system 40,刹车冷却系统,brake cooling system 41,呼吸空气系统,breath air system 42,推进器系统,包含 thruster hydraulic oil and lub oil system 43,泥坑冲洗系统,mud pit washing system

钻井平台设备 图解 1

bull nose:用来封住casing string的钢板(焊在下端部),球面形或半椭球形,像个牛鼻子。有的直接用个带螺纹的塞子塞住的。好像是用来做泥浆循环实验。 cathead:在drill floor上的cat head用来辅助吊sand line的,如下图红色的cat head,顶部的轮子下面有个液压泵,旁边的轮子可以像合页一样转动,用来调整拉拽的角度。 还应该有根钢丝,一端绕过旁边的轮子和顶部的轮子,固定在另一端(和旁边轮子对过的一边),使用的时候顶部的轮子在液压泵的推动下向上移动,钢丝的来拽距离是上面轮子移动距离的两倍。 这种形式的cathead目前广泛应用在平台和钻井船上。

cat walk:在船上的catwalk大家都知道的吧,在平台上也有类似的结构。 在钻井系统中指的是和vee-door下面的pipe ramp链接的窄长平台,用来运送钻井所需的工具、管子等 这个图是陆地上catwalk。图中是工人在上面选管子准备运到drill floor上。 dog house:dog house 又叫boiler house 这个只有在陆地钻井时看的到,就是一个在拖车上的小房间,或是在卡车上分割出来的小房间。 里面摆放杂物或休息的地方,实在像个狗窝。 在陆地钻井的时候可以把设备、工具都装车上方便移动,就连derrick都可以装车上(横着放),运到指定地点后再竖起了。在平台上和船上是没有的。

finger board:在derrick上用来扶持接好的drill pipe和coller的。 因形状像人的手指而得名。这是陆地上的derrick。 在平台和钻井船上,finger board是在derrick的里面的。见下图这些大手指上还有些小手指,管子运过来的时候会自动打开,(图中正在打开,管子放好后会关闭)有了这套系统,就不需要monkey board 了。这套系统既节省的大量时间,又不需要很多劳动力,据说可以提高25%的效率,而造价只占整个rig的1%。

有关半潜式钻井平台的概述.docx4

有关半潜式钻井平台的概述 (A13船舶4;李庆宽;130305432) 摘要:海洋里具有极其丰富的自然资源,半潜式钻井平台作为一种能够在深水区 作业的海洋平台,对海洋资源的开发至关重要,本文主要介绍半潜式平台的发展历史和现状,分析其结构特点,简述其工作原理和适用条件及有关半潜式钻井平台最新技术的应用等 关键词:半潜式钻井平台,定位方式,工作水深 Abstract: the ocean is extremely rich in natural resources, as a semi-submersible drilling platform can zone assignments in the deep ocean platform, is very important to the development of the Marine resources, this paper mainly introduces the development history and status quo of semi-submersible platform, analysis its structure characteristics, describes its working principle and applicable conditions and relevant semi-submersible drilling platform the application of the latest technology, etc Keywords: semi-submersible offshore platform, positioning , the working depth 引言:自工业革命以来人类社会经历了几千年以来从未有过的跨越式发展,生产的社会化和工业化推动着人类不断的向前发展,各种类型的能源为工业化的生产提供了动力保障,然而人类社会的发展严重依赖石油,天然气等能源,近几十年来,随着陆地资源的日益枯竭以及人类社会运行和发展对能源的巨大需求已迫使人类将能源开发伸向海洋,并逐渐形成了从前海到深海的开发顺序和梯度。在这种背景下,半潜式钻井平台作为一种能够在深水甚至是超深水域作业的海洋平台,自然有其至关重要的作用。 半潜式钻井平台工作原理和适用条件 半潜式平台作为一种被广泛使用的海洋平台,可以依靠本身的浮力和动力装置(或有其他设备提供动力)进行移动,稳性主要依靠稳性立柱,半潜式海洋钻井平台不仅可以在深水区作业,而且可以在浅水区作业。 半潜式平台由上壳体和下壳体或柱靴组成,下壳体或柱靴与上壳体的连接依靠稳性立柱来实现,同时立柱为平台提供足够的浮力作为支撑。随着平台作业区域的改变,半潜式平台的状态也发生改变,在深水区作业时,平台处于半潜状态,在浅水区作业时,平台的下部沉入水底。 早期的海洋平台的抗风浪能力较差,人们为克服这个缺点,发展了半潜式钻井平台。半潜式钻井平台具有很好的运动性,由于海上的波浪大多分布在水表面,海水深处波浪很少,故当半潜式钻井平台处于半潜状态时,可以有效减少平台所受的波浪力,为了增加平台的稳定性,通常采用稳定的大立柱同时增大立柱间的距离,利用外力互相抵消原理减小平台运动。使之即使在恶劣的环境下也能高效,安全的作业。 半潜式平台发展历史和现状 20世纪60年代初期,世界上第一座半潜式钻井平台诞生,至今为止已经发展了6代产品,其工作水深也由第一座平台的100米增加到如今的3000米,钻井深度也不断增加。 第一座半潜式钻井平台的作业范围为90-180米,定位系统采用的是锚泊。Ocean Driller是世界上首座半潜式钻井平台,下浮体有三根立柱,甲板的形状是V形。后来也相继生产了Rig

海洋油井平台概述

各类海洋油井平台概述 海洋石油钻采设备是海上油气田钻井与采油所用的工具和装备,它的种类繁多包罗万象,但归纳起来大体可以分为四类:1.海洋石油钻井平台;2.海洋石油采油平台;3.水上钻井机械设备;4.水下钻井机械设备。本文主要介绍前两类,即:海洋石油钻井平台及海洋石油采油平台。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: (1)移动式平台:坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台(SEMI)、张力腿式平台(TLP)、牵索塔式平台、浮式生产处理系统(FPSO)、筒状平台(SPAR)。 (2)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。 移动式平台 坐底式钻井平台 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30米以下的浅水域。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,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(平坦及坚实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。然而我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域,潮差大而海底坡度小,对于开发这类浅海区域的石油资源,坐底式平台仍有较大的发展前途。目前已有几座坐底式平台用于极区,它可加压载坐于海底,然后在平台中央填砂石以防止平台滑移,完成钻井后可排出压载起浮,并移至另一井位。 自升式钻井平台 自升式钻井平台被设计成为驳船的模样,具有可以升降的可延伸到海底的桩腿。虽然有些设计能使其在海深500英尺(152米)的海域工作,但通常用于海深400英尺(122米)的地方,适合于近海。其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目的地。到达钻井目的地后,工作时桩腿下放插入海底,平台及平台上所有的钻井设备及其他器械被抬起到离开海面的安全工作高度,并对桩腿进行预压,以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面,拔出桩腿并全部提起,整个平台浮于海面,由拖轮拖到新的井位。 半潜式钻井平台(SEMI) 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。半潜式平台用锚和钢丝绳定位,工作水深为180米左右;用锚和链结合定位,工作水深可提高到450米。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,定位精度在1~2%水深的半径范围内。半潜式与自升式钻井平台相比,优点是工作水深大,移动灵活,且由于只有立柱暴露于波浪环

张力腿平台简介

张力腿平台简介 一.第一代张力腿平台总述 第一代张力腿平台,即传统类型的张力腿平台,应用时间长、分布范围广、平台数量多、设计理论成熟,在张力腿平台发展的历史中占有很重要的地位。 从1984年至今,世界上建成投入生产的传统类型张力腿平台共有11座,尚未发生过倾覆、沉没等重大事故,拥有优良的工作记录,由此坚定了业界对TLP这种新兴海洋平台结构的信心。在其发展的20年时间里,世界各国的研究者和工程技术人员积累了丰富的设计应用经验和技术数据,为以后张力腿平台的发展打下了坚实的基础。 在已建成的11座传统类型的张力腿平台中,Shell石油公司在1994—2001年7年间连续建造的5座张力腿平台具有一定的代表性,分别为Auger、Mars、Ram、Ursa和Brutus。 通过第一代张力腿平台的生产实践,进一步证明了张力腿平台在深海域半刚性半柔性的优良运动性能和经济性,但是同时亦发现传统的张力腿平台结构形式仍存在着一定的 不足。 ①在水深超过1200m的极深水水域,随着张力筋腱长度的增加,出现了张力腿自重过大的问题,并且由于张力筋腱在深水中的受力情况发生改变,因此影响了平台的定位性能。

②在降低造价、改善受力情况和运动性能的方面,传统类型张力腿平台的本体结构仍需要进一步改进。 ③差频载荷是一个缓慢变化的力,它将和同样缓慢变化的张力腿平台平面内的运动发生共振。另外,风的激振力也在这个差频范围内,必然会加剧这种慢漂运动。 ④波浪的高频分量和高频水动力会引起张力腿平台平面外的共振,通常称为Springing和Ringing。张力腿平台结构这两个问题随着水深的增加而加剧,对结构的安全性有很大的影响。 ⑤传统的张力腿平台是通过海底基础固定入位的,随着水深的增加,海底基础的设计、施工变得十分复杂。 因此,张力腿平台所具有的经济、安全和良好的动力特性在更深水域中均不能得到充分的发挥,传统类型的张力腿平台结构已经不能很好地适应更深的水域。各国学者对张力腿平台结构形式的不断改进完善非常重视,因此,混合式张力腿平台及悬式张力腿平台等新型的张力腿平台便应运而生二.张力腿平台的工作原理及性能 张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式,产生远大于结构自重的浮力,浮力除了抵消自重之外,剩余部分就称为剩余浮力,这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上,使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力

钻井平台设备图解2

BOP的控制系统:平台上的bop控制系统是和bop集成在一起的,即bop stack。 因为sbop处于悬挂状态,如果靠液压管链接控制,动态的很难控制。 ssbop处于很深的海底,如果靠平台上的液压管来控制,降大大延长bop的相应时间。 因此平台或钻井船的bop是和控制系统集成在一起的。 看看这个控制系统。 MGS--mud gas separaoer;和chock and kill manifole(节流压井管汇)同时使用,当bop关闭的时候用开始启用。 bop关闭后要进行节流,即通过chock line 节流,排放泥浆。bop之所以关闭,是因为发生kick了,说明已经钻到含气层或含油层,此时会有气体和石油伴随泥浆出来,需要经过MGS来把气体分出来,特别是当里面还有硫化氢的时候是很危险的,分出的气体经管路通往flare boom点燃,这就是为什么我们会从电视或图片上看到平台上有个“火把”。 关闭bop后泥浆经过diverter流经MGS在流到chock and kill manifole前有一个U型管,防止气体逃逸。

chock and kill manifold:节流压井汇管 kill是当打开bop是把泥浆充在ram上面来平衡ram上下压力,防止打开时候损坏ram上的橡胶。chock在MGS一帖里讲过。 实际上chock manifold 和kill manifold是可以分开的,现在多数情况都是把两者和在一起,有专门厂商提供。 DP3--DYNAMIC POSITIONING (CLASS)3:DP -DYNAMIC POSITIONING 动力定位。 其中的3是要求等级。有0,1,2,3种等级,不同船级社说法有点不同。DP3是GL说法。 大概就是依靠一系列传感器获得船舶或平台的移动信息,通过计算机控制几个推进器进行位置修正。目的是使平台在复杂海况下保持位置在允许范围内变动,确保riser和钻管不会有太大偏移。 还可以用在其他工程船,游轮等上面。 LMRP--Lower Marine Riser Package下水管隔离总成 与SBOP--subsea bolwout preventer同时使用,叠加在SBOP的上面。 作用:是链接ssbop和riser,原因是ssbop不像sbop有接口,ssbop是可以根据需要进行几个bop 叠加使用的,有了固定接口就不能叠加了。 组成:其实里面也有类似球形bop的结构,就是球形阀,和万向接头。另外就是与hydrolic line(两根) ,kill and choke line ,和booster line的接口,从接口下来就是软管,在软管的两端直接是万向接头。 这些line就是小管子,用来控制bop和节流压井用的,ssbop系统中的riser上也有这样的小管子,而在sbop系统中用的是casing riser没有小管子的。 下面第一个图中那个亮点以上是LMRP,下面是SSBOP

钻井平台

钻井平台 科技名词定义 中文名称: 钻井平台 英文名称: drilling platform;drilling unit 定义: 进行钻井作业的平台。 所属学科: 船舶工程(一级学科) ;海洋油气开发工程设施与设备(二级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 钻井平台 随着人类对油气资源开发利用的深化,油气勘探开发从陆地转入海洋。因此,钻井工程作业也必须在灏翰的海洋中进行。在海上进行油气钻井施工时,几百吨重的钻机要有足够的支撑和放置的空间,同时还要有钻井人员生活居住的地方,海上石油钻井平台就担负起了这一重任。由于海上气候的多变、海上风浪和海底暗流的破坏,海上钻井装置的稳定性和安全性更显重要。 目录[隐藏] 简介 世界海洋钻井平台发展简史 [编辑本段] 简介 分类海洋钻井平台(drilling platform)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。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可分为:

(1)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 (2)固定式平台:导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台固定式钻井平台大都建在浅水中,它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置,平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的,所以,钻井平台的稳定性好,但因平台不能移动,故钻井的成本较高。 为解决平台的移动性和深海钻井问题,又出现了多种移动式钻井平台,主要包括:坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船和半潜式钻井平台。 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30m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,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(平坦及坚实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。然而我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域,潮差大而海底坡度小,对于开发这类浅海区域的石油资源,坐底式平台仍有较大的发展前途。80年代初,人们开始注意北极海域的石油开发,设计、建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目前已有几座坐底式平台用于极区,它可加压载坐于海底,然后在平台中央填砂石以防止平台滑移,完成钻井后可排出压载起浮,并移至另一井位。 自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成,平台能沿桩腿升降,一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底,平台被抬起到离开海面的安全工作高度,并对桩腿进行预压,以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面,拔出桩腿并全部提起,整个平台浮于海面,由拖轮拖到新的井位。1953年美国建成第一座自升式平台,这种平台对水深适应性强,工作稳定性良好,发展较快,约占移动式钻井装置总数的1/2。我国自行制造的自升式钻井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的,桩腿的高度有七十多米,升降装置是插销式液压控制机构。该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适应性强,因而,我国海上钻井多使用自升式钻井平台。 钻井平台桩腿的高度总是有限的,为解决在深海区的钻井问题,又出现了漂浮在海面上的钻井船。 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用。钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等,它既有普通船舶的船型和自航能力,又可漂浮在海面上进行石油钻井。由于钻井船经常处于漂浮状态,当遇到海上的风、浪、潮时,必然会发生倾斜、摇摆、平移和升降现象,因此钻井船的稳定性是一个非常关键的问题。目前,海上钻井船的

海上钻井平台各系统简介

钻井平台各系统简介 不知道从什么时候起,石油的价格节节攀升。能源越来越紧张的今天,很多国家把目光从陆地转向了海洋。自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后,海洋工程有了长足的发展。在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事,因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。经常要承受巨浪和暴风的袭击。而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。才能把一根根长长的钻杆钻进海底。 钻井平台从近海到深海,主要可以分为座底式,自升式,半潜式、钻井船等。 座底式是指,平台的结构直接座在海床上,几乎和陆上钻井没多大区别。所以它们的可钻探深度很有限。只能在几十米的水深的浅海区域作业。 自升式,又叫jack-up。顾名思义,这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。它典型的特征就式3-4条腿。高高的绗架结构。上面安装又齿条。平台本体安装有齿轮。它们一起啮合,传动。在到达钻井区域的时候,腿就慢慢的伸到海床上。平台就靠这几条腿站在海里了。因为考虑到拖航的稳性,腿不能太长。所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。 半潜式,最新的已经到了第6代了。这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点,是漂浮在海面上的。这样的话,它们就可以在更深的水域工作了;船体灌放水,可以调节吃水深度,保持船体稳定。塔的下部是相当容积的浮筒,上面是若干个中空的立柱,支撑着上部平台平台上面是全部的钻井装备和必要的生活设施。整个平台靠浮筒浮在水面。它们带有2~3级动态定位系统,海底声纳定位系统,卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。 钻井船,钻井船是设有钻井设备,能在水面上钻井和移位的船,也属于移动式(船式)钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的,现在已有专为钻井设计的专用船。目前,已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。钻井船在钻井装置中机动性最好,但钻井性能却比较差。钻井船与半潜式钻井平台一样,钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部,以减小船体摇荡对钻井工作的影响,且多数具有自航能力。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大,有时要被迫停钻,。增加停工时间,所以更需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。钻井船适于深水作业,但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区。它可以在600m水深的海底上进行探查,掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量,提供生产能力等

钻井平台设备详解(1)

钻井设备- Swivel & Top driver 前面我们已经知道了,钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组,动滑轮组因此 可以上下自由的运动。但是问题出来了,上下垂直方面可以很方便的运动,但 是我们钻井,还需要旋转的力,也就是钻杆是旋转的,我们的滑轮组不可能跟 着一起转,否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。 这是swivel的其中的一个作用,同时我们也知道,钻井需要钻井液,试 着想一想,钻杆在哪里高速的旋转着,我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢?这是swivel的另外一个重要作用- 泥浆进入钻杆的最初的通道。如下图,泥浆经高压软管—鹅颈管goose neck—进入swivel。 要起到以上两个作用,swivel的结构就基本上知道一二了。如下面的 彩图, 在swivel的本体中,下部的杆swivel stem通过滑动轴承-锥形和本体 形成相对运动,本体同时承受侧向力和向下的拉力。同时杆的顶部和本体上部 形成密封空间,泥浆经鹅颈管进入此密封空间,在经空心的杆进入钻杆。空心 杆下部为API螺纹接头,可以和钻杆拧接。 好了,我们现在可以把swivel改造一下---给它加上能够使swivel stem旋转 的动力。 如何改造,很简单,加电机和齿轮。怎么加? 我们可以想象一下,既然要使swivel stem旋转,那么我们在swivel stem上加一个大的齿轮,如同汽车的轮子一样,中间杆是swivel stem,轮子是齿轮。在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮,它们啮合在一起。这样一来,swivel stem就可以在电机的带动下旋转起来。同样地,为了平横侧向力,

以及增加旋转的扭矩,在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。下图是齿轮箱: 然后加上必要的润滑设施和结构部分,以及导向机构。它有了一个新的名字Top driver,也叫power swivel。很显然,Top driver与swivel的区别,swivel是它的一部分。 事实上,Top driver 要比上面写的复杂的多。 除了swivel以外,它还包含以下几个部分: 1.pipe hander – -用于处理钻杆。

海洋钻井平台扫盲

巨型海洋钻井平台 ——世界第六代3000米深水半潜式钻井平台 工程总投资:60亿元 工程期限:2008年——2011年 大型海洋石油钻井平台堪称海上巨无霸,其使用的平台作业吊钩比人还高。 目前,世界上已探明的海上油气资源大部分蕴藏在大陆架及3000米以下的海底。有数据显示,深海能源储量将是陆地能源储量的100倍,但由于开采技术上的限制,其还是能源领域最具潜力的处女地。 2009年4月20日上午,我国海洋工程装备制造标志性项目——世界第六代3000米深水半潜式钻井平台,在上海外高桥造船有限公司顺利下坞,进入关键的搭载总装阶段。这是我国首次自主设计、建造的当今世界上最先进的深水半潜式钻井平台,不仅填补了我国在深水钻井特大型装备项目上的空白,而且对于加速我国进军世界级海洋工程装备开发、设计和制造领域,提升我国深水作业能力,具有重要的战略意义。 这座深水半潜式钻井平台的拥有者是中国第三大石油集团——中国海洋石油总公司,由中国船舶工业集团公司708研究所和上海外高桥造船有限公司联合承担详细设计与生产设计,由上海外高桥造船有限公司承建,是我国实施深水海

洋石油开发战略的重点配套项目之一,也是“十一五”期间国家重点“863”项目之一,并作为拥有自主知识产权的重大装备项目纳入国家重大科技专项。 上海外高桥造船厂承建的世界第六代3000米深水半潜式钻井平台,造价60亿元人民币。 海上巨无霸 2008年4月29日,这座第六代3000米深水半潜式钻井平台在上海外高桥造船有限公司开工兴建。这是中国继1983年成功自主开发“勘探3号”大型半潜式钻井平台后,时隔20多年再次斥巨资设计建造新一代深水半潜式钻井平台。 该钻井平台自重30670吨,甲板长度为114米,宽度为79米,甲板面积相当于一个足球场大小,从船底到钻井架顶高度为130米,相当于43层的高楼,电缆总长度650公里,相当于上海至天津的直线距离。在主甲板前部布臵可容纳约160人的居住区,甲板室顶部配备有包含完整消防系统的直升机起降平台,可起降Sikorsky S-92型直升机。 这座平台具有多项自主创新设计:如平台稳性和强度按照南海恶劣海况设计,能抵御200年一遇的台风;选用大马力推进器及DP3动力定位系统,可以在45海里/小时的风速下正常作业,在109海里/小时的风速下生存。在1500米水深内可使用锚泊定位,甲板最大可变载荷达9000吨等;可在中国南海、东南亚、西非等深水海域作业,其最大作业水深3050米,钻井深度10000米,设计寿命30年,入美国船级社(ABS)和中国船级社(CCS),计划于2010年底交付。该项目总造价近60亿元人民币,堪称海洋工程领域的“航空母舰”。 深海石油作业是国际上公认的海洋石油工业的前沿战略阵地,其核心技术一直由欧美少数国家所掌握。我国的海洋石油开发长期以来受技术水平所限只能在近海进行,如今这一情况将得到根本性的转变。作为目前国内设施最先进、综合实力领先的造船企业,上海外高桥造船有限公司一直致力于先进海洋工程装备

海上钻井平台的简单介绍

海上钻井平台的简单介绍

如上图,海上平台可以分为固定式(Fixed)和移动式(MODU)两大类: 常见的固定包括水泥坐底式,导管架式和顺应塔架式。顾名思义这几种平台都是固定在海床上的某个位置不动的。 移动式包括半潜式、钻井船、张力腿平台/立柱式生产平台,钻井驳船/支持船和自升式钻井平台。 平台的建造不是随便出门找几百个民工和氧气把子就能做了,中间涉及很多法定流程。这里就只重点介绍2个组织: 1)IMO (国际海事组织)——(这里对照着写好累啊,擦!) 车有车牌号,船有船牌号,IMO就是管发号的。它不但发号,也发文。发什么文? 当然是发一堆条条款款下来,让你照着做啊。不照着做,那你也就别想拿号了。这里随手截图一张,其中是一部分所谓的“As a minimum the Vessel shall comply with the following:”

IMO这,IMO那,IMO什么的是不是有很多!!!!!这还只是minimum, 船东 经常还会根据船今后的作业区域,提出其他的规范要求。 2) Class(船级社) 海上平台在建造的时候,都要遵照一定的行业标准,并取得船级社的认可。首先得找船级社把船归归类(见上图MODU下面那几个五星后面的分类),每一类都有 每一类的具体要求,比如 对了,在平台建造项目中,比 较火的是ABS(美国船级社), CCS(中国船级社)和DNV(挪威船级社)这3家。一条船,可以入选择双重入级(一个人,两本护照,护照越多签证越好签) 船级社在平台的建造过程中会一直跟踪参与,包括初期的设计审图,前期的设备取证,中期的分段建造,后期的下水联调等等。如果你造得够好,平时把船级社的大神们伺候舒服了,最后船级社就给发证了……什么 FCM, R HM, RA, RHM !#! @&#!~这里不纠结了,反正就是一堆证。其中有些证就跟审车证一样,隔1,2 年还得回来换一次。 好鸟,建造的就先说这些,具体就不讲了。绕回来继续看平台的类型 先看Cement Platform

钻井平台大爆炸

铭记阿尔法钻井平台大爆炸 7月6日是阿尔法(Piper Alpha)石油钻井平台大爆炸25周年纪 念日。阿尔法钻井平台位于英国北海海域中部,离苏格兰阿伯丁约有 110英里(相当于180公里)。1988年7月6日,一系列的灾难性爆炸 和大火吞噬了整个平台。事故发生时,有226人正在平台上,其中165 人死亡,另外还有2名应急响应人员在抢险过程中死亡。平台最终被彻 底毁坏。 由于缺乏实物证据,调查工作遇到了障碍。基于目击者的描述,事 故分析结论如下:当运行人员重新启动一台泵时(这台泵先前已切换下 来为维修做准备),造成了轻质碳氢化合物泄漏。启动这台泵的人员并 不知道,泵出口的安全阀因维修已经被拆卸下来,取而代之的是一块盲 板,但它并未紧固地安装到位。从泵的附近观察,并不容易注意到这点。 当泵启动后,盲板处开始泄漏,并形成了可燃性气体云,随后遇到点火 源而酿成事故。这台泵于晚上10点启动,到了凌晨1点,也就是3个 小时后,平台就被完全毁坏了,平台上的大部分人员也因此而丧生。 正如人们对于这种大灾难事故预计的那样,调查人员识别出了许多 与设计、运行操作、安全文化、应急响应和培训有关的根原因。下面就 重点介绍其中和员工操作密切相关的两个问题。 你能做什么? ★交接班和沟通在当天交班期间,工作人员交代了泵的工作状态,但没有提及安全阀的工作状况。在控制室和维修日志上同样没有提到这个情况。对于上一班留下来的问题,交接班说明和日志记录不充分的情况一直存在,一些工人对此都很清楚。 →要在你工厂的日志中,完整记录所有设备的状态。在轮班结束前,对前来接班的工人要交代清楚,不慌不忙,以确保他们完全了解全部设备的运行状态,以及所有维修工作的状态。 ★工作许可证制度工作许可证并没有始终按照程序要求来执行。例如:在许可证上省略了签名、气体测量结果这样的重要信息。在轮班结束前需暂停工作许可的时候,或者当工作完成后需要关闭工作许可的时候,运行人员通常不到现场核查。在交班时,工艺值班长经常把许可证放在控制室的桌子上,而不是按程序要求亲自把许可证交给运行的负责人员。 →要遵循工作许可程序的要求,包括所有的文档、沟通交流和记录保存。不要图省事走捷径,要亲自检查许可证上的每一项内容。千万不要假定所有工作都已经按要求做了——如果你准备签署许可证,那么你自己就要亲自检查。 严肃对待交接班和工作许可证制度!

海洋石油钻井平台防喷器结构设计与三维造型

目录 1 绪论 (2) 1.1 课题研究背景和意义 (2) 1.2深海防喷器组国内外现状 (3) 1.3课题研究内容 (4) 2 深海防喷器的组成及工作原理 (5) 2.1组成结构 (5) 2.2工作原理 (6) 3 深海防喷器的设计要求、选配组合及材料选择 (7) 3.1设计要求 (7) 3.2防喷器压力级别选择 (7) 3.3单向阀的设计 (8) 3.3.1设计参数 (8) 3.3.2几何尺寸的确定 (8) 3.3.3受力计算和性能计算 (9) 3.4减压阀的设计 (10) 3.4.1设计参数 (10) 3.4.2几何尺寸的确定 (10) 3.4.3静态特性计算 (12) 3.5防喷器的选配组合 (13) 3.6材料选择 (15) 4 环形防喷器设计 (16) 4.1环形防喷器的组成和工作原理 (16) 4.2环形防喷器的产品选型 (17) 4.3环形防喷器三维设计图 (19) 5 闸板防喷器 (20) 5.1闸板防喷器的类型和工作原理 (20) 5.2闸板防喷器的产品选型 (22) 5.3闸板防喷器三维设计图 (23) 6 钻井四通 (25) 6.1钻井四通作用 (25) 6.2钻井四通三维设计图 (25) 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献 (29)

1 绪论 1.1 课题研究背景和意义 石油的勘探钻采作业在科技的推动发展下,已经渐渐成为全球经济的重要支柱,推动着现代社会正常运行下去。由于世界各国对石油的需求量增长,陆地钻油采集及对浅海域的常规开发已趋于饱和,人们将眼光延伸至广阔的海洋,对石油的钻采勘探向着深水和超深水领域发展。 随着海洋石油勘探和开发的进程日益深入,深水钻井渐渐成为一种主流的发展趋势。如图1-1,为海洋钻井示意图,标注1-5分别为钻井船、隔水管、水下控制箱、环形防喷器、闸板防喷器。而保证安全钻井最关键的设备,便是深海防喷器组。深海防喷器也叫水下防喷器,在石油钻井时安装在井口套管头上,用于控制井口压力,是井控设备中的核心设备。是海洋石油钻井行业水下器具的部件之一,是设置在海底用来控制和防止井喷,保证海下作业顺利完成的关键环节之一【1】。 图1-1 海洋钻井示意图 防喷器最重要的作用是控制井内压力,防止井喷、井涌等危险事故发生。在考虑

钻井平台工艺.(DOC)

一、概述 二、场地布置 三、建造工艺流程 四、分段划分 五、分段建造原则工艺 六、桩靴建造工艺 七、桩腿建造合拢及齿条安装工艺

<一>、概述 1. 业主:海洋工程服务有限公司船型:本作业平台的船型为三角形船体,带有三个圆柱型桩腿,每个桩腿由下端的桩靴支撑。本平台设有艉楼,且艏部两桩腿边上设两层甲板室。主船体和上层建筑皆为纵骨架式结构。 2. 建造数量:1艘 3. 建造规范及标准 ★ 美国船级社(ABS) IMO MODU CODE 2008 as applicable to MOU ★ 美国船级社(ABS) IMO MODU CODE 1989 Amended (2001 Consolidated Edition)

★中国造船质量标准CSQS1998 ★ 美国石油学会(API)海上起重设备规范,API Spec 2C第6版(2004.9)American Petroleum Institute (API) Specification for Offshore Cranes, API Spec 2C, Sixth Edition, Sept.2004. 4.主要参数 船舶总长LOA89.2 m 垂向间长LPP47.8 m 型宽B45.67 m 型深D7.80 m 设计吃水d 4.80 m 桩腿总高Ha101.44m 桩靴15mx17mx1.5m 工作水深5-70m 船员人数60 p 服务区域无限航区 船级符号ABS,承A1, self-elevat ing un it, 田PAS <二>、场地布置 平台分段在分段场地上制作,桩腿与桩靴就在船台300吨龙门吊下进行合拢。 <三>、主要建造流程 根据公司的设备设施条件,对该船按分段模块式制作,在分段上完成预舾装和完整性涂装,在水平船台上合拢主船体。 主要建造流程如下: 生产设计一钢材订货-钢材预处理一数控切割一材料配套一小组装一中组装一大组装T分段预舾装一分段密性试验一分段涂装一分段舾装一船台合拢一船台舾装

张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析

第38卷 第5期2009年10月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.38 N o.5 O ct.2009 收稿日期:2009-02-25修回日期:2009-04-30 基金项目:国家自然科学基金(50538050);国家863 计划(2006A A09A 103,2006A A09A 104)。 作者简介:闫功伟(1982-),男,博士生。研究方向:深水海洋平台的动力响应。E -mail:yango ng wei_hit@qq.co m DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2009.05.034 张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析 闫功伟1 ,欧进萍 1,2 (1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘 要:结合南海海域条件对传统式张力腿平台进行整体设计,计算平台所受各种环境荷载的大小,并采用拟静力分析法分析此平台的非线性运动响应,考虑平台水平漂移和下沉的非线性关系以及张力腿预张力、横截面面积、就位长度和立柱横截面面积等参数对平台运动响应的影响。 关键词:张力腿平台;整体设计;拟静力分析;非线性运动响应 中图分类号:U 674.38;T E952 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)05-0142-04 张力腿平台(tension leg platform,T LP),是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条张力腿与海底相接,具有半固定、半顺应的运动特征。它可以分为三部分:平台本体、张力腿系统和基础部分。平台本体的主要运动形式[1]有横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇。整个结构的频率跨越海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。 TLP 的结构形式发展倾向于多元化、小型化,以适应于不同油藏条件及边际油田的开发。按平台本体形式[2]不同可以分为传统式张力腿平台(CT LP)、海星式张力腿平台(seastar TLP)、迷你式张力腿平台(M OSES T LP)和延伸式张力腿平台(ETLP)。T LP 示意见图1、2 。 结合我国南海海域海况条件,开展了CT LP 平台的整体方案设计。 1 T LP 的整体设计 TLP 平台的整体设计[3] 需要做以下几方面的工作:1根据平台的功能要求,确定出比较合理的平台总体尺度;o规划设备位置,均衡平台中心;?进行张力腿的张力估算;?确定出设计能力界限。 平台总体规划流程见图3,中间框内4 项工 图3 TLP 总体设计规划流程 作是一个小循环,需要反复调整以达到设计要求。1.1 TLP 环境荷载的确定 风、浪、流等海洋环境参数选用文献[4]提供数据。考虑两种工况:工况1,1年一遇环境条件;工况2,100年一遇环境条件。 1)平台风荷载计算。作用于平台上体各部分的风力F 应按下式计算: F 风=C h C s S p (1) 式中:p )))风压,kPa ; S )))平台在正浮或倾斜状态时受风构件 的正投影面积,m 2; C h )))受风构件的高度系数,其值可根据 构件高度h(构件形心到设计水面的垂直距离)由规范查表确定; 142

D90半潜式平台简介

新型半潜钻井平台D90 韩明良,尹仕傲,李敬高,王媛媛 (烟台来福士海洋工程有限公司,烟台264000) 摘要:首先回顾了石油钻井平台的进化过程,然后分船舶和钻井两部分,介绍了新型第六代半潜钻井平台D90 的各系统的组成、作用、主要设计参数,也提及新的合拢工艺. 0 引言 随着世界油价的不但攀升和陆地原油不断枯竭,石油开采也从陆地一步一步向深水海洋发展,分别经过了从陆地钻井、潜入式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台到钻井船等几个阶段[1]. 海上钻井是在追踪陆地油田在海底延伸的过程中开始的.1920 年,美国在委内瑞拉的马拉开波湖进行石油普查钻井.到了上世纪60 年代末期,欧洲许多国家在北海海域陆续开始油气勘探,并使北海成为世界上油气勘探开发最活跃的地区;上世纪70 年代初,全世界有75 个国家在近海寻找石油,其中有45 个国家进行海上钻探,30 个国家在海上采油;上世纪80 年代,全世界从事海上石油勘探开发的国家或地区超过100 个.目前,世界各国在海上寻找石油、天然气的活动正在向深水、超深水发展.半潜平台的分级为6代,分级的最主要标准是作业水深.第5 代的作业水深在1 524 m(5000英尺)左右,第6 代则达到3 048 m(一万英尺)甚至更多.

半潜石油钻井平台是高技术、高附加值、高投入和高产出的海上油田重要装置,是船舶工业和海洋工程工业的结合物.由于它包括船舶和钻井两部分,而造船的工程师往往不懂钻井,钻井的工程师往往不懂造船,所以海洋平台显得比较神秘.本文以新型第六代半潜钻井平台D90为例,予以系统的介绍,希望能对我国致力于海洋石油钻井平台工程方面的人士以参考. 1 D90 半潜式钻井平台本体 D90是半潜式钻井平台中的第六代,它的工作水深3048 m(截止到2008年7月1日,能达到这一水深的在建半潜式石油钻井平台世界只有3艘),入DNV船级社,船东是意大利的Saipem,平台服务于墨西哥湾,挂利比里亚国旗,计划交船日期是2009年11月5日. D90基本参数:平台总长115.0 m、型宽78.0 m、管架甲板高度42.4 m,浮筒长110.0 m、宽16.0 m、高11.6m,立柱长16.0 m、宽16.0 m、高22.0 m,上层平台长74.0 m、宽74.0 m、管架甲板长77.0 m、宽78.0 m,工作吃水23.6m,排水量52 932 t.工作环境温度-20℃~40℃,海水温度0℃~35℃.图1是D90平台的模型图.相比于钻井船,半潜式钻井平台的抗风浪能力、深水时稳性和人员的生活舒适性都是最佳的,D90的设计建造按照在风速70 kn和浪高14.5 m的环境下能正常工作.

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