2-1海洋工程分类

第二章海洋工程类型主要内容：1海洋石油钻探与生产装置2船舶分类第二章海洋工程类型2.1海洋石油钻探与生产装置一、概述海洋平台是在海洋上进行钻井与采油作业的海洋工程结构。船舶工程与海洋工程的差别：海洋工程是以一定时期固定于某一水域进行专业活动（如钻探、采油）的工程技术问题。船舶工程是以船舶的航运活动为主要对象的工程技术问题。海洋石油钻探与生产所需平台主要有钻井平台和生产平台。在钻井平台上设置钻井设备，在生产平台上设置采油设备。平台与海底井口有立管相通。平台形式有三边形、四边形或多边形。平台上设有上下两层甲板或单层甲板，以供安装、储存钻井或采油设备用。TopsideLimitations(weight)Columns(cancontainequipmentetc)Anchors(variousavailable)Drillingcapability平台发展材料方面，从木质平台——钢质平台类型方面，从固定式平台——移动式平台固定式平台：对恶劣环境适应性强；不利于拆除搬迁，水深增加后不经济移动式平台：适合深水，利于拆除搬迁；部分平台对恶劣环境适应性弱二、海洋平台的分类1、按运动方式，可分为固定式与移动式两大类海洋平台固定式*移动式桩基式（钢质桩基导管架平台）重力式浮式接地式顺应式船式*d半潜式*d坐底式*d自升式*d独立腿式沉垫式牵索塔式张力腿式二、海洋平台的分类*：我国主要类型平台d：通常为钻井平台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。TensionLegs(steeltubularlengthsscrewedtogether)SnorreTLPTopsideLimitations(weight)Columns(cancontainequipmentetc)Anchors(variousavailable)Drillingcapability3.1钻井平台海洋钻井的目的是了解海底地质构造及矿物储藏情况，这项工作通常是由钻井平台来完成的。三、平台特点海上钻井的设备相当复杂，包括井架(又称钻塔)、提升设备、转动系统、泥浆循环系统、动力系统、井口系统、封井系统、水下钻井设备的控制操作系统、运动补偿系统等。因为海上钻井要受到风、浪、流的影响，所以比陆上钻井要复杂得多。钻井平台的发展时间地点类型原因适应水深及优点1947年美国墨西哥湾第一座钢制固定平台工程材料的进步6m（浅水钻探）1949年美国环球钻井公司第一艘坐底式钻井船“环球40号”固定式平台拆除搬迁不经济60m以内（可以方便地移位）1953年美国L.B.德隆设计第一座自升式钻井平台“德隆1号”坐底式平台只能工作在20m左右较浅的海上水深100m以内，具有较大灵活性（较深水中勘探）1953年美国Cuss财团第一艘全浮式钻探船“Submarex”自升式平台在更深水中需加长桩腿，不利于结构强度和稳性更深水域，机动性高（可利用旧船进行改装）1962年壳牌石油公司第一座半潜式钻井平台“碧水一号”钻井船的稳定性相对较差工作水深1000m左右（浮动式钻井装置中最稳定的形式）注：1.适应各种海况的海洋钻井平台与陈旧落后的海洋钻井技术之间的矛盾，是推动海洋钻井平台发展的动力之一；2.半潜式钻井平台的缺点：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。3.钻井平台又有新的型式出现：张力腿平台和“Spar”。4.科学在进步、时代在发展，海上钻井技术也在飞速发展。人们现在已向更深的海域进军，无论是钻井井深、钻井水深、钻井效率都有新的世界纪录出现。1、坐底式钻井平台坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台。组成：平台分本体与下体，由若干立柱连接平台本体与下体，平台上设置钻井设备、工作场所、储藏与生活舱室等。特点：钻井前在下体中灌入压载水使之沉底，下体在坐底时支承平台的全部重量，而此时平台本体仍需高出水面，不受波浪冲击。在移动时，将下体排水上浮，提供平台所需的全部浮力。工作水深：60m以内。不足：工作水深不能调节，愈深则所需的立柱愈长，结构愈重愈不经济，而且立柱在拖航时升起太高，容易产生事故。对海底地形和土壤基础有一定要求，适应性不强。已日渐趋于淘汰。我国“胜利二号”步行坐底式钻井平台2、自升式钻井平台组成：一个上层平台和数个能够升降的桩腿工作过程：移航时桩腿升起，至井位后，船体升高作业，桩腿下降插入海底。适用水深与海底条件：60m-100m，硬土区、珊瑚区、不平整海底优点：适用于不同海底土壤条件和相对较大的水深范围，移位灵活方便，便于建造，因而得到了广泛的应用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。不足：水深愈大，桩腿愈长，结构强度和稳性愈差。桩腿加长时，下水受波浪力大；拖航时稳性差，受风力大。桩腿入泥太深，泥底滑动会造成平台倾斜。要求：自升式钻井平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。井架在平台尾部－悬臂型独立腿式：平台、桩腿、桩靴桩靴，压应力约2.4-2.9pa移位前必须知道新井位的容许压应力，以便加大支撑面积，减小插入深度。适用海底条件：硬土区、珊瑚区、不平整海底沉垫式：平台、桩腿、沉垫沉垫将各桩腿连在一起，增大支撑面积，减小支撑压应力，减小插入深度。拖航时沉垫提供浮性和稳性。沉垫四周的裙板防止周围泥土掏空。适用海底条件：适用于泥土剪切值低的地区（所受压应力0.24～0.3Pa）适用平整海底，不平整海底会破坏平台平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲击；平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性。下体间的连接支撑一般都设在下体上方，这样，当平台移位时，可使连接支撑位于水线之上，以减小阻力；下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。3、半潜式钻井平台组成：由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。特点：是大部分浮体沉没于水中的小水线面的移动式钻井平台，从坐底式钻井平台演变而来，有立柱稳定式平台适用水深：500m以内优缺点：稳性比较好。造价高HOOVERDIANAGULFOFMEXICOSemisubmersiblePlatformMarine700semisubmersibledrillingrigRIG:Marine700semisubmersibledrillingrig.Itiscapableofoperatinginwaterdepthsrangingfrom70mto1520m.Itisdesignedforamaximumwaveheightof32mandawaveperiodof11to15sec.Thesemisubmersiblehasanoveralllengthof119mandanoverallwidthof71.4m.锚泊系泊系统：8-12只锚链连接平台与海底，适用于200-300m水深动力定位系统：利用声纳系统和自动控制对船舶定位；适用1000m锚泊与动力的组合定位系统：风浪小时用锚泊，风浪大时用动力定位系统。适用600m以内定位系统：转移方式：自航和非自航式。距离远时，即使非自航时也需拖船。移动时为了减小受风面，平放钻井架井架布置：设在中部（常用方式，纵摇影响小）或端部4、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，且多数具有自航能力。优缺点：钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大，有时要被迫停钻，需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。工作：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。适用范围：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，提供生产能力等思考题•船舶工程与海洋工程的差别？•自升式钻井平台有哪些不足之处？•为什么半潜式钻井平台通常稳定性会比较好？3.2生产平台生产平台是专门从事海上油、气等生产性的开采、处理、贮藏、监控、测量等作业的平台。形式：有的是单个平台，也可由几个不同用途的平台相连，组成石油生产基地。分类：1.按建筑材料可分为：钢筋混凝土平台和钢质平台；2.按结构型式可分为：固定式平台和移动式平台。固定式平台又可分为桩基式与重力式两种；移动式平台又可分为自升式与张力腿式、牵索塔式等。1、重力式采油平台一般为钢筋混凝土结构，由底部的大贮油罐、单根或多根立柱、平台甲板等部分组成。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井，贮油十几万吨，平台的总重量可高达数十万吨。施工：1.在海岸围堤排水形成的工地上建造平台，建好后拆堤放水起浮平台，拖运到井位压载下沉就位2.把底座在陆上造到一定程度后下水，底座内注水下沉到仍有适当高度露出水面，每造好一段下沉一段，为起重工作带来方便。缺点：工地处有足够低的洼地，或工地近岸有足够深的水区优点：较大的顶部装载被拖至作业井口，海上装配量减少；贮油能力增强；与海底连接程度好，抵抗外载能力提高；钢筋混凝土节约钢材和提高防腐能力，不需打桩；排去压载可浮移。缺点：随着水域增加造价增加。(a)perspectiveview;(b)sideview;(c)sectionAATypicalconcretegravitystructurea–沉箱b–立柱d–油罐f–钻井井架Concretetripodstructurea–surfaceplatformb–concretetripodstructurec–gravitybasesd–drillingandproductionrisers2、导管架式平台导管架式平台由若干根导管组合成导管架，并用钢桩固定于海底。施工：导管架先在陆地预制好后，拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，钢桩穿过导管打入海底，桩是打一节接一节的，最后在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。这种施工方式，使海上工作量减少。优点：平台设于导管架的顶部，高于作业区的波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出4-5m，这样可避免波浪的冲击。桩基式平台的整体结构刚性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。不足：其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以在深水中的经济性较差。适用水深：300m导管架正在下海自动安装扶正过程下水浮正3、牵索塔式平台组成：甲板、塔体、牵索系统牵索塔式平台是一瘦长的桁架结构，其下端依靠重力基座坐落于海底或放在桩腿筒上，其上端支承作业甲板。桁架的四周用钢索、重块、锚链、锚组成的锚泊系统加以牵紧，使它能保持直立状态。特点：由于这种平台是由锚泊系统牵紧的，它在小风浪时仅发生微幅摆动；风浪大时，由于桁架结构摆动幅度大，会把重块拉得离开海底，从而要吸收掉风浪的一部分能量，因此平台仍可维持在许可范围内（允许塔的倾斜度在2°以内）摆动。水平力主要由系缆系统承受。适用水深：300～600m优点：这种平台结构简单，构件尺寸小，故所受到的风、浪、流的作用力也小。不足：若水深超过600米，则由于要提高桁架的抗弯能力，建造时所耗用的材料会大大增加，经济上不一定合算。Guyedtowerproductionplatforma–塔体b–桩腿筒c–钢索d–重块e–锚4、张力腿式平台张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链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。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力（剩余浮力）可依靠锚索向下的拉力来补偿，起着绷紧平台的作