世界海洋工程装备制造业发展报告之三.doc

《世界海洋工程装备制造业发展报告之三.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《世界海洋工程装备制造业发展报告之三.doc（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、油公司在Snorre油田第一期的开发工作中采用了TLP的设计方案，这是北海区域第一座真正意义上的深水平台结构，它引进了一种简单经济的海洋浮式结构的锚固基础一裙式重力基础，第一次使用轻质紧密型混凝土(LWA)制造大型吸力锚。Snorre平台一共使用了4个混凝土构吸力锚，每个重5200t。经过大量的实验模拟和生产实践，证明Snorre平台的混凝土基座是一种新型经济的海洋浮体结构的基础形式，比较适合软粘土海底地基。Snorre TLP的产权后来划归Norsk Hydro石油公司所有。 1995年，世界上第一座混凝土结构的张力腿平台在北海的Heidrun油田建成，平台的业主是挪威的Conoco石油公司

2、，Heidrun TLP与其他的TLP相比，具有较大的吃水，平台本体和张力腿系统通过结构调整减小了一阶波浪运动，但是结构高阶的Ringing较其他TLP显著。 从1994年到2001年，壳牌石油公司在墨西哥湾相继制造了五座传统类型的TLP，分别是Auge、Mars、RamPowell、Ursa和Brutus，1999年，BP建成了该公司第一座TLP，这六座张力腿平台接连打破深海采油平台工作水深的世界纪录，其中Ursa的水深更是突破了千米大关，达到了1158m，证明了TLP设计在深水海域的实用性。从吨位上来看，Ursa是世界上目前最大的TLP，排水量达到了97500t。 传统类型TLP是目前世界

3、上数量最多的TLP，占平台总数的一半以上。纵观1990年后传统类型TILP的发展状况，可以看出，传统TLP正朝着更大水深、更大吨位的方向发展。 (2)MOSES Mini LP平台技术发展状况 MOSES TLP是“最小化深海水面设备结构”(Minimum Offshore Surface EquipmentStructure)的简称，这种Mini_TLP是由MODEC公司开发的，设计排水量300050000t，工作水深范围3001800m。MOSES TLP继承了传统张力腿平台的各项主要优点(例如小垂荡运动等)，同时又通过对传统TLP的结构进行全方位的改进，创新性地利用各项现有技术，从而以更

4、低的造价提供与传统TLP同样的功能，其主要改进点在于以下各方面： 在平台主体方面，MOSES TLP的平台浮力主要由一个位于平台基座中的浮舱来提供，平台基座位于水面以下深处，形状比较特殊，基座中央为一正方体，每条棱沿对角线向外延伸形成悬臂梁结构，悬臂梁纵截面为三角形，张力腿系统就连接在这四条悬臂梁的顶端，这种特殊的平台基座的设计，能使张力腿系统所受到的动力载荷最小化。立柱与基座连为一体，分别坐落在基座项面的四个边角上。与单柱主体SeaStar TLP不同，MOSES TLP的主体设计仍然沿袭了传统TLP的四角柱结构，据该类平台的设计者Dr Pieter Wybro介绍，立柱之间保持一定距离能够

5、提供给平台上体更大支撑力，改善甲板的受力情况，从而减少上体的建造费用。而与传统类型的TLP比较，MOSES TLP的立柱又要细得多，因此在近水线面处受力面积很小，减少了平台所受到的波浪载荷。为了降低建造成本，MOSESTLP主体采用了平面直角结构的设计，所有的模块，包括立柱都是多面体结构，这使平台主体的制造完全可以使用船厂的标准流水生产线制造，省去了很多建造工艺上的麻烦。 在张力腿系统方面，由于平台主体的特殊设计，降低了平台在“疲劳区域”中的运动响应，从而可以减少MOSES TLP的张力腿系统中的预张力，大大简化了张力腿系统的设计。平台的张力腿系统全部采用标准化部件制造，降低了制造成本。在井口

6、系统方面。MOSESTLP取消了传统的中央井结构。其立管系统是沿着平台外侧连接到安装在平台一端远离中心处的井口装置上，这一改动带来了很大的有利因素：其一，使井口装置尽可能地远离生活区，提高了安全系数；其二，MOSES TLP的偏心式井口装置设计，不但减小了事故发生的可能性，并且在发生故障后，由于立管井口系统都位于平台外侧，检修也很方便。在立管系统方面。MOSES TLP首次采用一种被动式弹簧立管张紧系统，取代了传统的液压气动张紧系统。这一系统由一系列弹簧组构成，其结构刚度远比一般的立管张紧系统要大，在这种张紧系统的支撑下，立管的活动量只有两英尺左右，大大小于传统TLP上六英尺的立管活动量，显示

7、了良好的稳定性。与传统的液压气动张紧系统相比，被动式弹簧张紧系统造价更低，结构更简单，几乎不需要维护，而且受环境载荷影响也较小。另外，由于弹簧组始终保持张紧状态，因此该系统还具有自动故障防护功能，即使是在发生全面故障的情况下，也不会损失立管，而传统的张紧系统则没有这种功能。在平台上体方面，MOSES TLP的上体采用了低成本的导管架平台甲板设计，重量相对较轻。平台上体和主体结构以及立管张力之间不会相互影响。 另外，MOSES TLP结构简单，安装方式灵活，可适用多种深海作业设备进行安装作业，如SSDV，多功能船、井架驳船等，主体可以直接拖航到安装地点，而不需要特种驳船运输，从而降低了平台安装费

8、用。 世界上第一座MOSES TLP是E1 Paso公司的Prince TLP，该平台于2001年在墨西哥湾的Ewing Bank Blocks 1003安装下水，水深440m。Prince TLP还是世界上第一座支持干树系统的MiniTLP，设计日产50000桶原油、227万m3天然气。Prince TLP主体排水量为13200t，设计吃水347m。立柱为矩形截面，共四根，每根的截面尺度为长7m、宽55m。基座直径229m，悬臂梁顶端与张力腿系统相接，共有4条张力腿，每根张力腿由2条张力筋腱组成。张力筋腱由若干根标准铣加工钢管首尾连接而成，每段钢管的标准长度为893m，直径061m，壁厚00

9、21m，连接起来的张力筋腱总长度超过425m，下端通过筋腱插座与8根直径16m的海底桩基相连。平台上体为三层甲板结构，甲板总面积达到了4645m2，顶层甲板E可以安装一台1200HP的钻塔。Prince TLP的主体钢结构重量只有3000t，提供的有效载荷却达到了5500t，其中甲板重1510t，上体重量3000t，另有555t平台压载。张力腿中的预张力也较传统TLP为小，只有3447t。 (3)ETLP的发展状况 ETLP是Extended Tension Leg Platform的简称，中文译为延伸式张力腿平台。这种新型的TLP设计概念是由ABB公司提出的。相对于传统类型的TLP，ETLP

10、主要是在平台主体结构上做了改进，其主体由立柱和浮箱两大部分组成，按照立柱数目的不同可以分为三柱式ETLP和四柱式ETLP，立柱有方柱和圆柱两种形式，上端穿出水面支撑着平台上体，下端与浮箱结构相连，浮箱截面的形状为矩形，首尾相接形成环状基座结构，在环状基座的每一个边角上，都有一部分浮箱向外延伸形成悬臂梁，悬臂梁的顶端与张力腿相连接。这种延伸悬臂梁结构是ETLP区别于传统类型TLP最显著的特点，其得名也是由此。 ETLP的延伸悬臂梁设计有很大的益处。我们都知道，张力腿平台系泊点的分布范围是影响平台水动力性能的重要因素，在传统类型的TLP上，张力腿直接连接在立柱的边沿，系泊点的分布要受立柱间距的限制

11、，而ETLP的张力腿上端则连接在延伸悬臂梁的外端，相应地增大了张力腿系泊点的分布范围，给予了设计者在选择立柱间距方面更大的灵活性，一座与传统类型TLP具有相同的系泊点分布范围的ETLP，其立柱可以安装到更靠近平台中心处，而立柱间距又直接决定了平台甲板的尺度，所以ETLP可以选择比传统TLP更小更轻的甲板，从而降低了平台的造价。另外，因为TLP平台在码头停泊和拖航这两种状态下，主体处于最不稳定的状态，所以传统类型TLP在选择其主体尺度时，是把平台这两种最不稳定的状态作为设计依据的，而ETLP则省略了对这两种临时状态的考虑，其主体尺度的选择，是按照平台在工作状态下的稳定性来考虑的，相应地缩小了主体

12、尺度、简化了主体结构。然而，在平台的系泊系统没有安装完毕之前，ETLP实际上是处于不稳定状态中的，为了弥补稳性，ETLP采用了一种叫做“临时稳性模块”(TSM)的装置，当平台处于在上述的两种不稳定状态下时，便把TSM临时安装在各条延伸悬臂梁上，以保证平台的基本稳性，平台安装完毕后，再将此模块拆卸下来，恢复平台的正常结构。ETLP在主体设计上的这些改进使得这种平台的耗钢量大大减少，在提供相同有效载荷的情况下，一座ETLP的钢结构重量要比一座传统TLP少近40。按照业界通用的一项反映TLP平台承载效率的参数有效荷载平台结构重量来计算，ETLP此项参数的数值在西非沿海能够达到1112，在墨西哥湾能够

13、达到0809，而一座传统TLP却一般只能达到065，相比之下，ETILP具有明显的优势。 目前世界上有三座ETLP在建，其中最早落成的一座是ExxonMobil公司的Kizomba AETLP(图35)，该平台位于西非安哥拉沿海的Block 15，水深1250rn，已于2003年9月在韩国现代重工安装下水，2004年开始正式生产，日产原油250000bbl。KizombaA的主体尺度为120m120m42m(长宽高)，重13000t，上体尺度为80m80rn37m，重12000t，平台总重超过58000t。该平台为四柱式ETIP，方形立柱，主体通过8条张力筋腱与海底基础相连。3、张力腿平台(T

14、LP)关键技术研究 1990年后TLP平台技术发展呈现出多样化的特点，该类平台的技术进步并不是一味的追求大水深、大吨位，而是紧密结合实际的需要，致力于发展在不同水深、不同油田规模情况下最合适的平台类型。目前，全世界的TLP已经形成了一套从深水到超深水、从中小油田到大型油田的完整的平台体系，其关键技术研究为： (1)研究张力腿平台的非线性动力响应，尤其是会危及平台安全的长周期慢漂运动，以及高频力和高阶脉冲力。 (2)寻求更为经济有效的张力腿平台结构型式，以适应极深海(2500米以上)海域或极深海边际油田的开发需要。 (3)张力腿(系索)系统的研究，尤其是张力腿的极限承载能力、疲劳断裂以及维修问题

15、。张力腿平台的锚固基础的研究。(五)立柱式平台(SPAR)技术发展现状与趋势1、立柱式平台(Spar)的发展概述 Spar平台是一种新型的深海采油装备，Spar技术应用于深海开发已有超过三十年的历史了，担负着钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，成为当今世界深海石油开采的有力工具。 在1987年之前，Spar平台仅是作为辅助系统而不是直接生产系统来使用的，或是用作海洋勘探船只，或是用作海上通讯中转站，还被当作海上装卸和仓储中心。 1987年，Edward EHorton设计了一种专用于深海钻探和采油工作的Spar平台，并申请了专利技术之后，Spar平台才开始正式应用于海上采油领域

16、。80年代中期到目前，Spar海上采油平台得到了蓬勃的发展，成为了当今世界深海石油开采发展的有力工具。 与现有的其它海洋采油平台相比较，Spar平台主要具有三大优势： (1)适宜于深水作业，在深水环境中运动稳定、安全性良好。在系泊系统和主体浮力控制的作用下，Spar平台相应的六个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋能量集中频带，显示了良好的运动性能。以传统型平台(Classic Spar)为例，其典型的固有周期纵横荡为300350s，纵横摇为50100s，垂荡为30s。在Spar平台投入正式生产的十六年问，六座在役平台经历了各种恶劣的海况，还从未发生过重大的安全事故。 (2)灵活性好。由于采

17、用了缆索系泊系统固定，使得Spar平台十分便于拖航和安装，在原油田开发完后，可以拆除系泊系统，直接转移到下一个工作地点继续使用，特别适宜于在分布面广、出油点较为分散的海洋区域进行石油探采工作。另外，Spar平台动态定位比较方便，即使是处于下桩状态，也可以通过调节系泊索的的长度来使平台在水平面上的一定范围内移动，保证在设计位置上。 (3)经济性好。与固定式平台相比，Spar平台由于采用了系泊索固定，其造价不会随着水深的增加而急剧提高。而与张力腿平台(TLP)相比较，Spar平台的造价又要远低于现有的张力腿平台，以目前在役的Hom Mountain Truss Spar和 Mad Dog Trus

18、s Spar 为例，工作水深前者为1646m、后者为1372m，总体预算(包括平台及海底管线的建造和安装、钻探和完井等费用)前者大约在6亿美元，后者则大约为335亿美元。再看壳牌石油公司在1994年于872m水深中建成的Auger TLP项目和2001年在910m水深中建成的BrutusTLP项目，前者耗资达到了11亿美元，后者也有75亿美元，与之相比，Spar平台的价格优势明显。 Spar平台凭借这些技术优势，成为了世界各国研究者和业主眼中的新宠，并迅速完成了从设计构思向实际生产转变的过程。当第一座Spar深海采油平台Neptune平台在1996年建成投产并取得良好的经济效益之后，1998年

19、，Spar的发展开始进入黄金时期，各大公司争相建造新的Spar平台。2003年至2004年的两年间，世界上共有7座新的Spar米油平台建成投产。2、立柱式平台(Spar)的技术发展现状 现代Spar平台的主体是单圆柱结构，垂直悬浮于水中，特别适宜于深水作业，在深水环境中运动稳定、安全性良好。Spar平台主体可分为几个部分，有的部分为全封闭式结构，有的部分为开放式结构，但各部分的横截面都具有相同的直径。由于主体吃水很深，平台的垂荡和纵荡运动幅度很小，使得Spar平台能够安装刚性的垂直立管系统，承担钻探、生产和油气输出工作。 Spar平台的中心处开有中央井，中央井内装有独立的立管浮筒，具有良好的灵

20、活性。生产立管上与平台上体的控井和生产处理设施相连，向下则一直延伸到海底油井。Spar平台的油气产品有两种输出方式，它既可以通过柔性输油管、SCR立管或项紧张式立管将油气产品直接输送到海底管道系统，也可以将石油储藏在Spar平台的主体中，然后用油轮将石油向岸上运输。由于采用了缆索系泊系统固定，使得Spar平台十分便于拖航和安装，在原油田开发完后，可以拆除系泊系统，直接转移到下一个工作地点继续使用，特别适宜于在分布面广、出油点较为分散的海洋区域进行石油探采工作。 最近20年，世界大型海洋工程研发机构对SPAR平台进行了大量的设计和研发工作。当前，世界上在役和在建的Spar，按技术发展分为三代，依

21、次是：传统Spar平台(Classic Spar)、构架式Spar平台(Truss Spar)和多柱式Spar平台(Cell Spar)。(1)第一代传统式Spar(Classic Spar) 传统式Spar(Classic Spar)，又称为箱式Spar(Caisson Spar)，是最早出现的Spar深海采油平台，该型Spar平台最主要的特征就是主体为封闭式单柱圆筒结构，体形比较巨大，主体长度一般都有215m，直径都在23m以上。传统式Spar的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。水线以下部分为密封空心体，以提供浮力，称为浮力舱，舱底部一般装压载水或用以储油(柱内可储油也

22、成为Spar的显著优点)，中部由锚链呈悬链线状锚泊于海底。 主体中有四种形式的舱。第一种是硬舱，位于壳体的上部，它们的作用是提供平台的浮力。中间部分是储存舱。在平台建造时，底部为平衡稳定舱(Trimstabilitytank)，当平台已经系泊并准备开始生产时，这些舱则转化为固定压载舱，它们主要用来降低重心高度。最后，还有一些压载舱，用于吃水控制。 Spar通过半张紧的钢悬索系泊系统来定位。系泊索包括海底桩链。锚链和钢缆组成。锚所承受的上拔载荷由打桩或负压法安装的吸力锚来承担。导缆孔通常位于硬舱的下部。系泊结构不仅与载荷大小有关，还与水深有关。在设计SpaI的系泊系统时，通常使其在一根系泊索断开

23、的情况下可以抵御百年一遇恶劣海况。系泊系统可以预先安装好，在壳体就位后进行连接。 Spar的立管系统主要由生产立管、钻探立管、输出立管以及输送管线等部分组成。由于Spar的垂荡运动很小，因此它可以支持顶端张紧立管(Top tentioned riser，TTR)和干集油树(Dry trees)。由于每个立管通过自带的浮力罐提供张力支持，因此立管的轴向载荷与壳体运动解耦，同时使得平台对水深也不是很敏感。Spar底部接头(Keel joint)的设汁，使得Spar和立管之间可以有相对运动。浮力罐从接近水表面一直延伸到水下一定深度。在一些情况下，浮力罐超出硬舱底部。在中心井内部由弹簧导向承座提供这些

24、浮罐的横向支持。柔性海底管线(包括柔性输出立管)可以附着在Spar的硬舱和软舱的外部，也可以通过导向管拉进桁架内部，继而进入到硬舱的中心井中。 (2)第二代Spar口构架式Spar平台(Truss Spar) 第二代构架式Spar的概念是Deep oil 1echnology(DOT)公司和SparIntemational公司从1996年起经过大量的工作，历时5年后提出的，并于2000年2月份第一次应用于NansenBoomvang油田。Tmss Spar是目前发展最为活跃的Spar海上采油平台，其存役平台数目为9座，其中2003年至2004年间，有6座Truss Spar建成下水。其中包括2

25、004年初安装下水的世界上最大的Spar平台BP石油公司的Holstein Spar、打破干树型采油平台工作水深世界纪录的Dominion石油公司的Devils TowerSpar、以及世界上第一座采用尼龙塑料系泊索系统的Spar”BP石油公司的Mad Dog Spar。由丁各种最新技术的采用，到2004年底，新建成的构架式Trhss Spar已在多个方面取得创新性的突破。 与传统Spar相比，构架式Spar的最大优势在于其建造时对钢材的用量大大降低，从而能有效的控制建造费用，因此得到广泛的应用。 构架式Spar的设计概念是应用构架结构代替传统Spar柱体的中部结构(Midsection)。作

26、为连接顶部硬舱和底部软舱的结构，这个构架部分是一个类似于导管架(iacket：)结构的空间钢架，同传统Spar的金属圆柱中部结构相比，可以节省50的钢材。构架式Spar通常由无内倾立腿，水平撑杆，斜杆和垂荡板(Heave plate)组成。桁架中的管状部件在整个Spar的使用过程中均产生浮力。垂荡板通常由带支架(Girders)的刚性金属结构组成，通过水平撑杆支撑，它的设计已成为桁架设计的一部分。通过增加垂直和正交的撑杆来减小垂荡板之间的跨距。垂荡板的主要作用是增加Spar平台垂直运动的附加质量和阻尼，同时也为顶端张紧立管和刚性立管(SteelCatenaryRisers，SCRs)提供侧向支

27、撑。通过将构架腿柱构件伸长至顶部硬舱壳体结构中，来连接构架和硬舱。硬舱和构架结构通常是分开建造的通过焊接交叉部分的腿柱连接在一起。在作业时，构架结构、垂荡板和结点均受到波浪和Spar运动的连续动力载荷。因此。在结构分析和设计的过程中，必须充分考虑桁架和结点的结构强度和疲劳。构架式Spar平台如图37所示。其特点有：中部结构和软舱部分使用较少的钢材料，建造较为便宜；总体吃水减小，使得单部分的建造和运输变得可行(降低了建造和运输的难度)；通过阻尼板减小了垂荡运动，在长周期涌中都具有较好的响应；由于中部结构为开放式(open)的撑杆，降低了环流造成的拖曳载荷；壳体的涡激振荡(Vortex Induc

28、edVibration，VIV)响应减小了；刚性立管可以从开放式的桁架中间穿过而无需穿过硬的壳体。例如平台一NansenBoomvang双子Truss Spar系统。 世界上第一座Truss Spar是位于墨西哥湾EastBreaks block 602的Nansen Spar，该平台于2001年安装下水，并于2002年1月开始正式产油，业主为：Kerr McGee公司。作业水深1128m，主体长1655m，直径27m。上部封闭式主体长73m，其中干舷高度15m。下部的构架式主体长88m，有三层垂荡板结构，从而将构架式主体分为了四层，上面三层高度都为2lm，最下层高24m。底部压载舱高5m，平

29、台的主要压载由底部压载舱提供，其中注满了压载海水，而且还加入了固体磁铁压载以提高稳定性。 Nansen Spar的上体重量为7800t，和Neptune一样，在顶层甲板上可以安装有一台油井维修钻塔。中央井尺度为12m X 12m，可容纳7条项张紧式立管(Top Tension Riser)和8条钢制悬链式立管(SCR)。该Spar采用9条系泊索动态定位，每三条系泊索分为一组，三组系泊索将平台主体与海底桩基相连。 Nansen Spar的姊妹立柱式平台Boomvang Spar座落在距Nansen仅145km的East Breaks block 643，水深1052m，其结构和Nansan Sp

30、ar几乎完全一样，两座平台轻载重量都为17000t，高峰日产量皆是4万bbl原油和566万m3天然气。Boomvang Spar于2002年6月24日开始正式生产，是世界上第二座Truss Spar。Nansen Spar和BoomvangSpar一起构成了Kerr McGee公司在墨西哥湾的双子星座Spar项目。 值得一提的是Mad Dog Spar采用了尼龙塑料缆绳以取代传统的钢制系泊索结构，此种尼龙系泊缆由英国的Marlow Ropes公司负责制造，总长度约为25609m，临界断裂应力达到了18948kN，是世界上结实的系泊缆。相对于传统的钢制系泊缆，尼龙的系泊缆具有多方面的优势，其中最

31、显著的一点就是尼龙缆绳的重量要大大轻于传统的钢缆，使平台的有效载荷大大提高，降低整个平台的造价。另外，尼龙系泊缆的造价也远低于传统钢缆，安装和运输费用也可以大为节省。当然，由于尼龙系泊缆不具备传统钢缆那么大的位能，所以Mad Dog对传统Spar悬链线形的系泊系统也进行了改进，使其系泊缆和TLP平台的张力腿一样具有一定的预张力，从而形成了一种特殊的斜线张紧系泊系统。 Mad Dog Spar所采用的尼龙系泊缆和Devils TowerSpar。为了适应其超常规水深而采用的特殊材料制造的立管系统，解决了当前Spar平台向超深水域发展的两大难题，必将成为今后Spar平台发展的方向。 (3)第三代S

32、par多柱式Spar(Cell Spar) 多年来，Spar采油平台以其结构上的优势在世界深海采油领域获得了极大的发展，创造了良好的经济效益，但不管是Classic Spar还是Truss Spar，它们都有一个共同的缺点，那就是体形庞大，造价昂贵，尽管Truss Spar由于采用了构架式主体结构，大大降低了钢材耗用量，增大了半台的有效载荷，但是来自业界的呼声仍然要求进一步降低Spar的造价和体积，提高平台的承载效率。而且Classic Spar和Truss Spar庞大的主体对建造船坞的要求很高，因此，目前所有的Spar采油平台的主体都是在欧洲和亚洲制造，然后千里迢迢的用特种船舶运输到墨西哥

33、湾进行组合和安装，运费昂贵，且不易安装。为了解决Spar平台这些缺点Classic Spar和Truss Spat。的创造者Edward EH0rton设计了新一代的蜂巢式Spar(Cell Spar)采油平台，从而将Spar技术又向前推进了一大步。 Cell Spar在结构上最大的不同就是其主体不再是单柱式结构，而是分为若干个小型的、直径相同的圆柱形主体分别建造，然后以一个圆梓形主体为中心，其他圆柱形主体环绕着该中央主体并捆绑在其上，构成的封闭式主体，在主体下部，仍然采用了构架结构，以减少钏材耗用量。Cell Spar比Classic Spar和Truss Spar拥有更小更轻的主体结构，进

34、一步降低了Spar平台的造价和安装运输费用。由于Cell Spar的主体是分为数部分各自建造，每一个圆柱式主体的体积都不是过于庞大，对造船场所要求不是太高，这就使生产商在选择Spar主体建造地点时具有了更大的灵活性，可以大大降低平台的整体造价。Spar的下部通过将外圆柱中的三个延伸到底部(延长的部分称为圆柱腿)来构成。压载舱包含在这些圆柱腿的底部，从而确保平台具有足够的稳性。同大多数已经投入使用的Spar平台一样，由于浮心高于重心，多柱式Spar同样是无条件稳定的。多柱式Spar垂荡板装在圆柱腿上，能提供较大的垂荡附加质量和附加阻尼。因此，多柱式Spar也是一种低垂荡的秀才不出门合刚性立管。由

35、于多柱式Spar没有干集油树，因此，并不需要中心井，在这种情况下，中心圆柱体提供浮力。 在建造过程中，圆柱体由滚压机制成，并通过自动焊接机焊接在一起，同时，内部的环形加强构件也由相同的自动焊接机焊接到圆柱体部件上。而这种工艺在压力舱和固定半台的制造过程中已经使用多年。 世界上第一座Cell Spar是在美国得克萨斯州的Aransas建造的，是Kerr McGee公司的Red Hawk Spar，该Spar主体总长171m，有效直径则只有20m，设计排水量15200t。主体由7个小型圆柱体组成，每一个圆柱体的直径都是6m，封闭式丰体由六个位于外部的圆柱体围绕着一个处于中央处的圆柱体而构成，各网柱

36、体之间相距06m，采用钢架结构固定。在六个外部圆柱体中，有三个圆柱体的长度只有85m，而另外三个圆柱体则直下延剑丰体底部，长度为171m。三个外部网柱体在85m以下的延长部分之间通过四层垂荡板结构连接起来，每层垂荡板之间的距离为2l3m，从而构成了主体下部的构架式结构。 Red Hawk Spar的浮舱位于上部的封闭式主体中，而平台的压载舱则位于三个外部网柱体向下的延伸部分，其中有2250t的磁铁固定压载，其余的可变压载物为海水。上层甲板尺度为40m335m，有效载荷4400t，设计日产量为850万立方米天然气和1000015000bbl原油，平台将采用6条尼龙系泊索固定于墨西哥湾Garden

37、 Banks Block 877，水深1615m，海底基础类型为吸力式基础。Red Hawk Spar的主体于2004年年初完成安装下水。3、立柱式平台(spar)关键技术研究 目前对Spar平台的研究主要集中在平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板(Heave plar)和侧板(Strake configuration)的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作用的耦合分析，同时，浮力罐与支架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之一。 同其它形式平台的动力响应一样，对Spar平台运动响应的研究主要考虑垂荡运动、纵荡横荡、纵摇横摇、首摇和涡激振荡。对于没有回复力的三个运动纵荡、

38、横荡和首摇，由于Spar壳体具有柱形结构，所以通常受到很小的首摇激励力，首摇运动因此可以忽略不计。而Spar的半张紧系泊装置使其水平刚度比较火，因此位置漂移比较小。通常在设计Spar时，对于完整系泊状态，要求漂移小于4水深；对于有损坏的系泊状态，漂移小于6水深。 Spar的纵摇横摇刚度由GM值(重心和稳心的距离)决定。对于纵摇横摇运动性能的要求通常来自于立管和顶层模块的设计。一般设计要求在百年一遇的风暴中，Spar的最大组合纵摇横摇角小于100，纵摇横摇固有周期在5080秒之间。Spar的壳体设计通常由对最大纵摇横摇的要求决定。对于一些海况较好的海域，纵摇横摇较小，因此壳体设计通常由稳性要求决

39、定。 目前，Spar平台的垂荡运动和涡激振动是两个受到比较广泛关注的研究方向。 Spar的垂向刚度主要来自于它的水线面面积。系泊系统的垂向刚度与静水压力引起的刚度相比可以忽略不计。由于Spar平台的圆柱体形状以及恒定的横截面积(传统Spar)，它的阻尼和自然周期较小，在长周期涌的条件下，将产生一个线性激励垂荡共振运动。从而使得一阶波浪力比二阶差频波浪力变得更为重要。在共振的情况下。垂荡响应会急剧地增大，并会产生纵摇耦合运动。 Spar平台上具有较多的网柱形构件，在一定的雷诺数范围内，旋涡自主体上周期性地脱落，造成作用在弹性主体上的周期激振力，产生涡激振动。这是一种十分典型的流固耦合问题。在旋涡

40、脱落的激振力作用下，如果柱体的自振频率和激振频率接近，就会产生共振，产生大幅度的变形和运动。试验发现，当来流的无量纲速度处于一定的范围内时，旋涡脱落的频率不再随来流速度而增加，而是和柱体的自振频率保持致，从而产生锁定(Lockin)效应。锁定效应扩大了共振范围，引起结构的大幅度振动，同时由于波浪质点的往复运动，造成圆柱前后都有旋涡脱落，流动和受力情况更为复杂。 对Spar来说，环流和它们产生的旋涡会在海平面下保持较高的速度，存整个Spar壳体上产生很大的应力。涡激振动会对系泊系统和立管产生疲劳损害，减少整个平台的疲劳寿命，同时增大壳体上的拖曳力。试验表明，平台上的圆柱形结构物，如立管、浮筒等最

41、容易受到涡激振动的影响，而且其它形状的构件也会产生不同程度涡激振动。同时，风暴流同样可以使Spar产生较大的涡激振动。 减小波频响应有三种途径：一是增加系统的阻尼；二是增加垂荡自然周期，使之离开波能量的范围；三是减小垂荡激励力。为了增加阻尼，传统Spar壳体上使用了螺旋状的侧板。实验研究表明，通过在Spar壳体上加装螺旋状的侧板，可以有效的减小涡激振动。对于桁架式Spar，除了在它的上部壳体外使用侧板外，在下部桁架部分安装垂荡板，通过垂荡板增大Spar的垂荡附加质量。侧板和垂荡板的研究目前受到了较为广泛的关注。4、立柱式平台(Spar)技术发展趋势 自1987年全2004年，短短的十七年问，S

42、par海上采油平台便完成了从理论设计到实际牛产、从实验性试点到规模性建设的巨大飞跃。目前，世界上在役spar六座，另有7座spar采油平台在建，共发展出了三代产品，已经形成了不小的规模。 尽管目前所有的Spar采油平台都位于墨西哥湾，但是Spar技术已经引起了世界各国的广泛注意，近年来，Amoco石油公司、大不列颠石油联合公司、Texaco公司以及其他世界石油工业的巨头都在积极地开展对Spar技术的研究论证，以期能在不远的将来把spar这种全新的采油平台应用到英国的西设德兰群岛、挪威的北海油田、以及西非的安哥拉沿海和南美的巴西地区，从而实现Spar技术全球化的应用。目前，Spar平台不断地采用

43、突破性的新技术，正朝着大水深、高效率、强适应性的方向飞速发展。 (六)海洋供应船世界海洋供应船的发展历程 世界海洋供应船的主要目的是为海上石油钻井平台提供生产和生活服务，早期的海洋供应船是由拖船演变而来的。当时，拖曳海上钻井平台的拖船和为海上钻井平台提供各项服务的船舶是相互独立的，后来为了提高整体海洋平台服务船舶的经济性，就把供应、拖曳、救助、消防等功能集为一体，演变为现在的专用性海洋供应船。 第一艘专用海洋供应船是美国海事公司在1955年建造的，作业区域在风浪不大的墨西哥湾水域，限于当时的技术水平以及建造能力，第一艘专用海洋供应船，主尺度不大，马力也较小，当时船上只装配了有限的拖曳设备和其他

44、一些简易装备，但已基本形成了现代海洋供应船PSV(Platform Supply Vessel)的雏形。 60年代中后期，欧洲北海海上油气勘探和开采工程迅猛发展，早期的供应船很快在北海暴露出了适航能力差、海上补给困难、不能进行移锚、拖曳等作业的种种缺陷。挪威、荷兰、德国等国在借鉴北欧渔船适航性经验的基础上，重点增强了海洋供应船的操纵性，设计出了能向海上油气开发平台提供抛起锚、拖曳、供应服务的三用工作船AHTS(AnchorHanding Tug Supply Vessel)。 近l0多年来，随着海上油气勘探和开采的范围越来越恶劣及海洋油气开发技术的不断进步，兼有供应、拖曳、抛起锚、对外消防灭火

45、作业、救助守护、海面溢油回收、潜水支援等多种功能的多用途海洋供应船MPSV(Multi Purl)ose Platform Supply Vesel)也就应运而生，当前多用途海洋供应船已成为现代海洋供应船的发展方向，其设备技术和船舶工作性能正受到国际海洋工程公司的极大关注，未来市场潜力巨大。 2、海洋供应船的主要功能和结构特征 现代海洋供应船的丰要功能有： (1)供应功能 海上石油平台每隔一段时间就要由海洋供应船补给给养，海上钻井平台的商业速度在很大程度上不仅取决于钻井系统的电力装备水平，还取决于能否在建井时不间断地供应必须的材料，因此，海洋供应船的供给能力就成了其一项重要的技术经济指标。 当

46、前，海洋供应船主要为海上石油平台供应钻井物资和器材(钻井钢管、钻井泥浆、散装水泥)、集装箱模块、燃料油、轻柴油、淡水、化学试剂等物资和材料。其中钻井物资和器材、集装箱模块等作为甲板货装载在露天主甲板上载货区域内，以方便由海上钻井平台的吊机进行装卸，而钻井泥浆、钻井水、散装水泥、燃料油、轻柴油、淡水、化学试剂等物资则装载于各船舱内或干湿货罐中。 针对供应功能，海洋供应船普遍为长艏楼、平甲板、无机舱棚的设计，紧凑的驾驶室和船员舱室设在艏部l323L范围内，烟囱和机舱通风口都紧靠艏楼后端或直接从艏楼中穿过，艏楼后宽敞载货甲板区域给在海上甲板货的装卸和救助遇难人员作业提供了有利的工作环境。 (2)拖曳

47、功能 海洋供应船的拖曳功能是指其具有拖曳钻井平台、钻井架移位、协助穿梭油轮在海上就位装油、拖曳浮筒。采油船、海驳、遇难船只等的能力。为实现这一功能。海洋供应船上设有拖缆机、拖缆限位眼板、挡缆桩、拖缆挡桩等设备和设施；其中大功率拖缆机是海洋供应船的一项关键设备，通常设在甲板载货区域前部；挪威ULSTEIN和美国MATCO两家的拖缆机系列在开采北海油田和北美油田的过程中不断得到优化，目前占据了世界大型拖缆机市场的绝大部分。 海洋供应船的工况很复杂，其中抛起锚拖曳工况是功率指标设计时的决定因素，但该工况只占供应船全部营运时间的5，如果不将多功能组合，其功率的利用率势必很低，营运成本会很高，所以海洋供

48、应船普遍设计有轴带发电机和大功率的轴带消防泵。 系柱拖力是反映海洋供应船拖曳功能的首要指标，其与主机功率和推进器的型式有很大的关系。国际上也通常以系柱拖力和主机总功率决定供应船的租船价格。海洋供应船在进行拖曳作业时一般不装载甲板货物。 (3)抛起锚功能 海上移动式钻井装置的定位要依靠被动定位系统的锚泊设备，如“大陆架-1”号半潜式钻井平台配有8只重量各为18吨的大抓力锚，在作业海域风、水流和波浪的作用下，能保证钻井平台相对井轴的位移不超过海深的4。海上石油钻井平台的移位和钻井定位就是依靠海洋供应船的抛起锚功能来实现，而且一般需要23艘船同时作业。钻井平台每次移位都要由海洋供应船先将所有的锚收起，待移到新的钻井地后再将锚