海洋工程类型与特点课件.ppt

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1、海洋工程类型与特点,海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。,什么是海洋工程？,大连老虎滩填海造地,青岛胶州湾跨海大桥,青岛胶州湾海底隧道,山东龙口人工岛,填海造地成

2、立南沙省!中国西沙、南沙及中沙群岛300亿填海造陆,海洋石油981,海洋工程可分为海岸工程、近海工程和深海工程等3类。海岸工程（coastal engineering）：主要包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施工程、环境保护设施工程等。自古以来就很受重视。近海工程（offshore engineering）：又称离岸工程。20世纪中叶以来发展很快。主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、移动半潜平台（mobile semi-submersible unit ）、自升式平台(self-elevat

3、ing unit)、,石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场等项建设工程。深海工程（deep-water offshore engineering）：包括无人深潜的潜水器和遥控的海底采矿设施等建设工程。 由于海洋环境变化复杂，海洋工程除考虑海水条件的腐蚀、海洋生物的污着等作用外，还必须能承受地震、台风、海浪、潮汐、海流和冰凌等的强烈自然因素，在浅海区还要经受得了岸滩演变和泥沙运移等的影响。,1、按运动方式，可分为固定式与移动式两大类,海洋平台的分类,海洋平台的分类,海上固定平台：一种借助于桩腿扩展基础或用其它方法支撑于海底，而上部露出水面，为了预定目的能在较长时间内保持不

4、动的平台。,海上移动平台：指可根据需要从一个作业地点转移到另一个作业地点的海上平台。它是海洋油气勘探、开发的主要手段。除了钻井平台以外，生活动力平台、作业平台、生产储油平台等也可以采用移动平台的形式。,2、按功能，海洋平台的分类有钻井平台、生产平台、生活平台、储油平台等。,海洋平台的分类,坐底式钻井平台（submersible drilling platform）又叫钻驳或插桩钻驳，亦称“沉浮式钻井平台”，具有构造比较简单，投资较少，建造周期较短等优点，钻井时坐落于海底，移位时浮到海面上，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域，海床平坦的浅海区域进行油气勘探开发作业。坐底式平台一般用于水深较浅的

5、海域，当水深增大时，结构重量大，不经济。,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。,胜利二号步行坐底式钻井平台,胜利二号步行坐底式钻井平台是一种能

6、在浅海步行的坐底式钻井平台，是世界上第一艘能在滩海“步行”的钻井平台船，在漂浮状态下，可以被拖航，且能够在浅海区域内下沉坐底后钻井；在海陆过渡地带的极浅水区搁浅后，能够以“步行”方式前进到设计井位地点后钻井，由胜利石油管理局钻井工艺研究院总工程师顾心怿主持设计。,胜利二号步行坐底式钻井平台是由胜利油田与上海交通大学、青岛北海船厂联合研制的中国第一艘极浅海步行坐底式钻井平台，是一座能够“涉水、步行”的两栖钻井平台，是中国产、学、研联合研制新型重大技术装备的成功范例，属国际首创。1988年建成投产，到1992年底累计钻井11口。2008年1月18日，胜利石油管理局对参加胜利二号步行式钻井平台研制的

7、有功人员奖励15万元，其中奖励平台课题组负责人、钻井工艺研究院总工程师顾心怿个人2万元。,缺点：适用水深较浅作业水深不能调节，对地形和土壤基础有一定要求滑移时出现废井在极浅海域拖航就位困难,自升式（Jack-up）平台自升式平台产生于1950年，主要由工作平台、桩腿和升降机构组成。,作业水深范围从12/14 英尺直至550 英尺。大多数自升式钻井平台的作业水深在250至300 英尺范围内。,桩腿能够自由升降，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离(气隙Airgap)。,拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态，但在风大浪急的海面不能进行拖航。,平台就像驳船

8、，可由拖轮拖动。,平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台。,自升式平台的优点是所需钢材少，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，最大工作水深在120米左右。超过此水深，桩腿重量增加很快，同时拖航时桩腿升的过高，对平台的稳性和桩腿的强度很不利。目前我国已具备深水自升式平台建造能力。,外高桥“勘探5号”,勘探5号是中国船舶工业集团公司建造的第一座自升式钻井平台，2014年5月28日在位于临港的海工基地命名交付。该座自升式钻井平台型长70.36米，型宽76米，型深9.45米，设计吃水6.4米，甲板面积相当于13个标准篮球场，生活楼可容纳

9、140人居住。平台作业水深400英尺（122米），钻探深度35000英尺（10668米）。该钻井平台的桩靴、升降机构、三角型桁架桩腿、悬臂梁等均是上海首次建造的特殊钢结构，显示了建造者雄厚的技术制造能力。这座为挪威船东设计和建造的JU-2000E型自升式钻井平台，当天被命名为“勘探5号。它是继30万吨海上浮式生产储油船(FPSO)“海洋石油117”和3000米深水半潜式钻井平台“海洋石油981”之后，上海外高桥造船公司开发建造的又一高端海洋装备。标志着上海向世界海工装备建造中心迈出了里程碑式的一步。,凯旋一号,凯旋一号，是2014年06月26日，中海油服以经营性租赁方式租赁的一座400英尺自升

10、式钻井平台。该平台在2014年06月26日完成命名仪式。“凯旋一号”平台型长66.71米、型宽67.06米、作业水深400英尺（122 米）、钻井深度35000英尺，预计将于2014年7月开始在中国海域为客户提供钻井服务。“凯旋一号”是公司2014年租赁的第三座自升式钻井平台，是公司利用社会资源快速满足日益增长的国内市场需求的重要措施。此前租赁的“海洋石油932”和“海湾钻探者一号”已分别于4月18日和5月13日投入中国近海市场执行作业合同。“凯旋一号”经历了多次台风的考验，顺利开始首次钻探作业。有报道说，钻探深度为5200米。南海981没动，新下水的“凯旋一号”开赴钓鱼岛海域。,中国首台自主

11、创新CP-300自升式钻井平台,2011年11月19日上午，由辽宁陆海石油装备研究院有限公司与辽河石油装备制造总公司共同设计，辽河石油装备制造总公司建造的中国第一台具有完全自主知识产权的CP-300自升式钻井平台在辽滨沿海经济区海工基地举行下水仪式。CP-300自升式钻井平台可以在全球无限航区作业，300英尺（91.44 米）水深以内各种海域环境条件下的钻井作业，最大钻井作业深度可达到9000米。悬臂梁转盘中心最大外伸15.24m，钻台左右横向移动各4.57m，平台一次就位可钻15口井。钻井船的船体型长60.98米，型宽55.78米，型深7.62米，包括桩靴在内，桩腿全长125.3米。设计定员

12、110人，使用寿命25年。,钻井船就是在船体或驳船上装载钻井机械，以浮在水面上的状态进行作业。是利用普通船型的单体船、双体船、三体船或驳船的船体作为钻井工作平台的一种海上钻井装置。钻井船与其他海洋平台相比，由于具有一般运输船的船型，移动灵活，停泊简单;同时，它的水线面面积较大，船上可变重量(即隔水套管、钻管、钻井用水、泥浆、泥浆材料、水泥等钻井作业所需消耗的器材重量)的变化对船舶吃水的影响较小:钻井船的排水量和船内舱室空间一般较大，能装载数量较多的作业器材和消耗品，且可放置在舱内较低的位置，使重心降低，不会显著影响船舶稳性;钻井船可利用旧船进行改装，相对半潜式平台而言，投资少，维护费用低。,优

13、缺点,早期形式为钻井驳船，多用旧船改装，只适用于浅海风浪较小的海域。现代钻井船多为专门设计，全部钻井和生活设施都在船上，能自航并有向大型化发展的趋势。其主要优缺点如下：1）优 点：移动灵活、适应水深大、自持能力强、载重储藏量大等。2）缺 点：建造成本较大，建造周期长；受风浪影响大、稳定性差、开工率较低等。,从以上缺点中我们可以看出浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，可以采取的技术措施有： 设减摇水舱以减轻船的摇摆，但效果不明显； 采用中间锚泊系统。船中间有一个可转动的大圆筒,筒上安钻机、井架等，筒下用锚链与海底连接，船可围绕圆筒旋转，使之常处于迎风迎浪的位置以减少船的摇摆和位移； 安装一

14、套水下器具，包括柔性接头、伸缩钻杆和升沉补偿装置等，以适应钻井船的摇摆、位移和升沉；, 安装动力定位系统，可使船的性能显著提高，在波高7m、流速1.5kn（节）、风速25m/s的海况条件下可以保持固定位置。动力定位系统由声纳发生器、接收器、电子计算机及纵向、横向螺旋桨组成。水下井的声纳发生器发出信号，船底的接收器能测出船的偏移方位和数值并输入计算机，计算机自动控制相应的螺旋桨运转发出推力使钻井船复位，不需抛锚。,半潜式平台又称立柱稳定式平台。它是大部分浮体没在水下面的一种小水线面的移动式钻井平台。,半潜式平台由平台主体、立柱、水下浮体或浮箱组成。此外在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间

15、还有一些支撑与斜撑连接。,按水下浮体的式样分，半潜式海洋平台可分为沉箱式和下体式。下体式一般有两个下体（船型、鱼雷型或其他形状），每个下体通过立柱与甲板结构相连。,挪威70建造的“Aker”型系列，它是矩形甲板，带有八根稳定立柱双船体沉垫，工作水深200m。,沉箱式每一根立柱下方设一个下体，称为沉箱。沉箱的剖面形状有圆形、矩形、靴形。数目三个、四个、五个不等。,70年代以来，出现了各种类型的半潜式平台，其中最典型的是美国赛德柯公司“Sedco-135”型的系列，它是一种三角形甲板，三条带有浮鞋瓶状的桩腿，工作水深200米左右。,2014年7月15日，“海洋石油981”钻井平台已结束在西沙中建岛

16、附近海域的钻探作业，按计划顺利取全取准了相关地质数据资料。2014年8月30日，深水钻井平台“海洋石油981”在南海北部深水区陵水17-2-1井测试获得高产油气流。据测算，陵水17-2为大型气田，是中国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现。,Scarabeo9半潜式钻井平台,Scarabeo9半潜式钻井平台（即D90项目）是由烟台来福士海洋工程有限公司为意大利Saipem公司建造的第六代超深水钻井平台。它长115米，宽78米，型深42.4米，采用DP3动力定位系统。该平台是中国在建的功能最强大的半潜式平台。它可以在全球超过95%的深水海域工作，包括墨西哥湾、西非、南大西洋、亚洲、澳大利亚等深水

17、海域。,在世界上的同类平台中，它的额定工作水深第一（12,000英尺）3657.6 米，钻井水深第一（50,000英尺）15240 米，工作人员容量第一（200人），泥浆容量第一（24,892桶），钻井架载荷第一（4,000,000磅），总主机马力第一（62,000马力），总的张紧器载荷第一（4,800,000磅）。 D90平台采用双钻塔设计，在深水及超深水作业环境中可以有效地将生产效率提高40%。,中远船务工程集团公司世界先进深水半潜式钻井平台GM4000,2012年3月25日，中远船务为挪威Maracc公司建造的世界先进深水半潜式钻井平台GM4000在江苏启东顺利出坞。GM4000自重超过

18、2.3万吨，选用大马力推进器及DP3动力定位系统，最大作业水深3000米，钻井深度可达11000米，甲板最大可变载荷达4000吨。,塔体是一个类似于导管架的空间刚架结构，该塔用对称布置的缆索将塔体保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。,牵索塔平台,结构形式：甲板结构塔体牵索系统,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36.5m2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竖向承载基础上，有16根桩腿，另有10.8cm的钢缆24根作为导引索系统，每根钢

19、缆通过旋转接头直到海底，分别与165t重的水泥块和1.4m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。,牵索塔式平台在波浪载荷作用下的动态响应数值分析指出，其桩基处的弯矩比塔的其它部分要小得多，整个系统上的水平力也主要由系缆系统承受。从其恢复力与塔的偏离平衡位置的关系曲线可以看出，当塔的偏离增大到一定程度时，系在牵索上原来固定在缆索上沉于海底的重块被提起离开海底，从而使索内的张力增加变得缓慢，亦即比重块未被提起时吸收更

20、多的能量。这样在遇到大幅值长周期的风暴波时，系统变软，更大的顺应性出现。,优缺点：塔是顺应性的，能随波浪力的响应稍微移动；结构简单，构件尺寸小，受风、浪、流作用小；造价低；适用于深海作业。工作水深：300600m当水深超过600m时，由于需要提高桁架的抗弯能力，建造时所耗用的材料可能会大大增加，经济上不合算。,张力腿式钻井平台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。 张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的， 但与一般半潜式平台不同。其所用锚索绷紧成线，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)

21、等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，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。作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。,随着海洋开发愈来愈向深海推进，油气资源的开发也不断进军深海。一般深海海域中自然环境十分恶劣，环境载荷比较复杂，对海洋工程设施的理论分析、设计安装等的要求就更加严格和精确。由于深水作业的不断增加，各种传统的移动式平台（如半潜式平台和钻井船等），其运动性能和定位难以满足深水作业的要求，而各类固定式平台（如重力式平台和导管架平台等），因自重和工程造价随水深变化而大幅度地增加，也已不

22、能适应深海环境，所以必须发展新型的平台。从20世纪50年代以来，一些国家不断进行这方面的研究探索，并设计出顺应式平台（compliant platform）。其显著特点是具有特殊的结构形式，从而使工程造价较低，结构安全性良好。张力腿平台（tension leg platform，简称为TLP）就是顺应式平台结构的典型。,全球TLP的数量并不多，只有24座（2008年数据）。其中17座分布在US G.O.M. 地区，占总数的70.83%；赤道几内亚有4座， 占总数的16.67%；挪威有2座；印度尼西亚有1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

23、平台结构的信心。,把混凝土重力式结构物用于岸边和浅水地带已有悠久历史，而用于外海却在 20 世纪 70 年代以后。,重力式平台,重力式平台属于固定式平台的一种，是与桩基平台不同的另一种型式的平台。,重力式平台一般都是钢筋混凝土结构，作为采油、贮存和处理用的大型多用途平台。规模较大的，可开采几十口油井，贮油十几万吨，平台的总重量可高达数十万吨。,它不需要用插入海底的桩去承担垂直荷载和水平荷载，完全依靠本身质量直接稳定在海底。,一、重力式平台结构 Structure,重力式平台的工作水深为70150m，其结构形式一般有三部分组成：,1. 底座（沉垫）；,2.单根或多根立柱；,3.平台甲板和模块。,

24、已建成和正在研究、设计的混凝土平台种类繁多，有把底座做成六角形、正方形、圆形，也有把立柱做成三腿、四腿、独腿的等各种形式。,一、重力式平台结构Structure,1.底座,底座是整个建筑物的基础。为了抵抗巨大的风浪推力，要求平台有很大的底座结构，而较大的底座又正好可以用来储存原油，这就使得混凝土平台具备了把钻、采、储三者兼顾起来的优点。,一、重力式平台结构Structure,2.甲板 Deck,甲板为生产提供工作场所，在甲板上可安装各种生产处理设施和生活设施。,一、重力式平台结构Structure,3.立柱,立柱连接在沉垫和甲板之间，用于支撑甲板。,一、重力式平台结构Structure,钢质桩

25、基导管架平台由打入海底的桩柱支撑整个平台，用钢桩固定于海底。钢桩穿过导管打入海底，并由若干根导管组成导管架。,导管架先在陆地上预制好，托运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，桩是一节接一节的，最后桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成一体固定于海底。,导管架平台的优缺点海上工作量减少避免波浪冲击刚性大，适用于各种土质重量随水深急剧增加,钢制导管架平台一般由下列几部分组成：导管架导管架是由若干竖立的钢管，横向和斜向的钢管连接焊成空间桁架结构。竖立的大直径的钢管称为桩腿，水平和斜向支管分别称为水平撑杆和斜撑杆。管件相交形成管节点。桩基桩基由许多经过导管架打入海底的桩组成。桩基的作用就是将平台有效地固定于海底。桩基承受平台的垂向载荷，并承受风、浪、流等产生的巨大水平剪力。甲板结构由桁架、支骨及甲板组成地位于导管架顶端地结构，通常设两层工作平台，用以布置生产和生活设施。,