海洋平台设计原理

1)海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台？固定式平台：重力式平台、导管架平台（桩基式）；活动式平台：着底式平台（坐底式平台、自升式平台）、漂浮式平台（半潜式平台、钻井船、FPSO）；半固定式平台：牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（TLP）2)海洋平台有哪几种类型？各有哪些优缺点？固定式平台。优点：整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点：机动性能差，较难移位重复使用活动式平台。优点：机动性能好。缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求半固定式平台。优点：适应水深大，优势明显。缺点：较多技术问题有待解决3)导管架的设计参数有哪些？（P47）1、平台使用参数；2、施工参数；3、环境参数：a、工作环境参数：是指平台在施工和使用期间经常出现的环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准；b、极端环境参数：指平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准4、海底地质参数4)导管架平台的主要轮廓尺寸有哪些？（P54）1、上部结构轮廓尺度确定：a、甲板面积；b、甲板高程2、支承结构轮廓尺度确定：a、导管架的顶高程；b、导管架的底高程；c、导管架的层间高程；d、导管架腿柱的倾斜度（海上导管架四角腿柱采用的典型斜度1：8）；e、水面附近的构件尺度；f、桩尖支承高程5)桩基是如何分类的？主桩式：所有的桩均由主腿内打出；群桩式：在导管架底部四周均布桩柱或在其四角主腿下方设桩柱6)受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？（P93）1、现场试桩法：数据可靠，费用高，深水实施困难；2、静力公式法：半经验方法，试验资料+经验公式，考虑桩和土塞重及浮力，简单实用；3、动力公式法：能量守恒原理和牛顿撞击定理，不能单独使用；4、地区性的半经验公式法：地基状况差别，经验总结。7)简述海洋平台管节点的设计要求？（P207）1、管节点的设计应降低对延展性的约束，避免焊缝立体交叉和焊缝过度集中，焊缝的布置应尽可能对称于构件中心轴线；2、设计中应尽量减少由于焊缝和邻近母材冷却收缩而产生的应力。在高约束的节点中，由于厚度方向的收缩变形可能引起的层状撕裂3、一般尽量不采用加筋板来加强管节点，若用内部加强环，则应避免应力集中4、一般受拉和受压构件的端部连接应达到设计荷载所要求的强度。8)简述静力计算和动力计算的区别？（P147）静力计算研究的是静荷载作用的平衡问题，这时结构的质量不随时间快速移动，因而无惯性力。动力计算研究的是动荷载作用下的运动（或反应）问题。这时结构的质量随时间快速移动，惯性力的作用成为必须考虑的重要问题9)横向载荷作用下单桩的破坏性状有哪些？（P104）桩身由于载荷产生的弯矩过大而断裂；桩周土被挤出，从而导致桩的整体转动、倾斜或桩顶位移过大。10)什么是群桩效应？何时考虑？群桩效应：当组成群桩的各个单桩间距较小时，由于相邻桩间的相互作用，一般群桩的承载能力和变形特性要受到影响，这种影响成为群桩效应。当桩距小于8倍桩径时，应考虑群桩效应对承载力及变形特性的影响。11)设计导管架的基本依据？1、水深；2、海洋环境（严寒海区，导管架结构在潮差段不设支撑，以减少挡冰面积；在高腐蚀海区，尽量简化管节点，以避免腐蚀应力发生）；3、甲板空间；4施工现场和施工设备12)动荷载的种类包括哪些？（P147）1、周期荷载（机械旋转引起的荷载）；2、冲击荷载（各种爆炸性荷载）；3、随即荷载（地震荷载和风荷载等）13)自升式平台的重量分类有哪些？不同工况下分别有哪些重量组合方式（P268空载重量：由结构钢料，钻井设备，动力装置，电气设备，升降装置，舾装设备等重量组成；可变载荷：固体可变载荷，液体可变载荷，钻井载荷，预压载等重量组合：a、拖航工况：满载排水量=空载排水量+可变载荷b、升降工况：举升能力=空载主体重量+可变载荷C、预压载：升降装置支撑能力=空载主体重量+可变载荷+预压载桩腿箱地基反力=空载重量+可变载荷+预压载d、钻井工况：满载钻井重量=空载重量+可变载荷+钻井载荷e、风暴状况：风暴状况平台重量=空载重量+可变载荷14)导管架平台的特点有哪些，由哪几个部分组成？特点：平台结构简单、整体结构刚性大、安全可靠、适用于各种土质、造价低、海上安装工作量小组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块。导管架平台主要由两大部分组成：一是由导管架和钢管桩组成，用来支撑上部设施与设备的基础结构，通常称为支承结构；另一部分是由甲板及其以上的设施和设备组成的，作为钻井或采油及其他用途的场所，统称为上部设施与设备。即主要由4小部分组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块。15)在导管架平台建造过程中常见的施工载荷有哪些？1、吊装力：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊力。2、装船力：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。3、运输力：驳船装运&浮运，支撑力&拖航力。4、下水力和扶正力：导管架平台安装。5、安装期地基反力：地基的支撑力16)简述自升式平台从到现场钻井到钻完井离开经历的全部操作程序？半潜式平台工作步骤？自升式：移航—就位—放桩—预压—升起主体—作业—降下主体—拔桩—提桩—固桩后移航（移航-平台就位-桩腿下放-平台着底-桩腿预压-船体升至作业高度-海洋环境正常作业）。半潜式：移航—就位—抛锚—压载下潜—锚泊线预张紧—作业—风暴来袭时卸载减小吃水，平台自存状况—风暴过后恢复为作业状况—完成作业—卸载起浮—起锚—移航。17)半潜式平台的典型设计工况有哪些？（P349）1、满载半潜、静水状态、无向上加速度运动；2、满载半潜、静水状态、有向上加速度运动；3、满载半潜、静水状态、有向上加速度运动、大钩有负荷；4、满载半潜、风暴横浪、波峰居中；5、满载半潜、风暴横浪、波谷居中；6、满载拖航、斜浪状态；7：满载半潜、风暴横浪、波谷位于迎浪的前排立柱处、水平横撑破坏；8、满载半潜、风暴横浪、波峰位于迎浪的前排立柱处、水平横撑破坏18)简述确定移动式平台排水量的方法？（P265）1、初步估算：从布置要求的面积和空间入手，确定平台所需的最小主尺度，勾画总布置草图。根据草图估算各部分重量，最后根据重力与浮力的平衡条件，确定排水量和吃水等要素2、诺曼系数法估算3、排水量裕量（增加的原因：估算误差、设备增加、建造中有时会采用替代品）19)简述移动式平台主尺度的设计步骤？（P236）初步选型，确定主尺度，估算排水量，从技术上、经济上进行方案论证，在选定方案的基础上，再进行基本设计和详细设计20)活动式平台受到的主要载荷有哪些？（238）除承受由合成的静载荷、活载荷所产生的总体弯矩、垂直剪力，以及扭矩引起总应力外，还要承受由静水压力或其他载荷引起的加强骨材支承之间的局部弯矩，加强骨材之间的板的局部弯曲所引起的局部应力21)设计半潜式平台的关键技术有哪些?P91、高效的钻井作业系统2、升沉补偿系统3、定位系统（锚泊、动力1500m）4、水下设备（井口系统、井控器、隔水管、控制系统）5、设备集成控制22)设计SPAR平台的关键技术有哪些?P101、波浪载荷及平台运动响应2、垂荡、纵摇运动不稳定性及控制技术（纵摇f+2垂荡f=不稳定运动，螺旋板+垂荡板）3、涡激振荡及控制技术（流固耦合问题）4、系泊系统和立管系统的作用与影响23)海洋平台设计荷载分为哪三类？各类荷载的定义？1、使用荷载：平台安装后，在整个使用期间，平台受到的除环境荷载以外的各种荷载。2、环境荷载：由海洋的风、波浪、海流、海冰和地震等水文和气象要素在海洋平台上引起的荷载。3、施工荷载：平台在施工期间所受到的荷载，是发生在建造、装船、运输、下水、安装等阶段的暂时性荷载。24)在海洋平台服役过程中常见的使用载荷有哪些？甲板荷载、直升飞机着降荷载、船舶停靠荷载（系缆力，挤靠力，撞击力）25)试分析活动载荷和固定载荷的不同之处？1、固定荷载：作用在平台上的不变荷载，当水位一定时荷载为一定值。2、活动荷载：与平台使用和正常操作有关的荷载。其作用位置、大小和方向是可变的。26)最基本的、起控制作用的荷载组合有哪四种？1、设计的工作环境与平台上的固定荷载和相应的最大活荷载组合；2、设计的工作环境与平台上的固定荷载和相应的最小活荷载组合；3、设计的极端环境条件平台上的固定荷载和相应的最大活荷载组合；4、设计的极端环境条件平台上的固定荷载和相应的最小活荷载组合。27)海洋油气开发包括哪几个阶段？海洋油气开发的特点？1、第一阶段：寻找石油阶段。普查性的地球物理勘探；2、第二阶段：开发阶段。评估石油品质、储量。3、第三阶段：生产阶段。打生产井并进行油气的采集、处理、储存、运输等生产设施的建设并进行生产特点：高技术，高投入，高风险，建设周期长且油气田寿命短。28)导管架平台的设计依据和一般要求有哪些？1、平台用途和甲板尺寸：使用要求，工艺要求和布置；2、平台的位置和方位：位置决定设计条件和建设方式；方位根据环境和使用要求确定3、平台所在位置水深和平台甲板高程：潮汐资料决定水深，甲板高程保证气隙高度和使用要求；4、平台总体布置：合理布置，估算重量（载荷）；5、海洋环境资料和场地调查。一般要求：安全要求，环境保护要求，施工条件要求，经济条件要求29)海上油气集输系统有哪几种类型及各类型的特点和适用范围？1、全陆式集输系统：把开采出来的油气全部送往岸上处理，储运并外运的系统总称。特点：海上工程量小，便于生产管理，生产操纵费用相对较低，经济效益好且受气候影响小。适用：浅水、离岸近、油层压力高的油气田2、半海半陆式集输系统：在海上进行油气初处理，把主要的油气深加工的集输设备及储存、外输工作放在陆地上的油气集输系统称适用：离岸不远、油气田产量高、海底适合铺设输油管线以及陆上有可利用的油气生产基地或输油码头的油气田，尤其适用于气田的集输。3、全海式集输系统：海上油气生产处理设备系统，以及为其提供集中、计量、处理的生产场地、支撑生产设备的结构物全部建在海上。特点：简化原油和燃气的运输环节，可使油气田的开发向自然条件恶劣的深海和储量大油气田发展。适用：各个时期各种油田气的开发。30)导管架平台的导管架的主要作用？1、支承上部结构，提高整体稳定性；2、作为打桩定位和导向的工具；3、将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上；4、可安装系靠船的设备，作为附属设备支撑；5、可作为安装上部结构时的临时工作平台31)导管架平台在飞溅区和冰磨蚀区范围杆件的设置要求？不宜在飞溅区内设置水平构件,不宜在冰作用区内设置水平构件和斜撑32)FPSO的总体布置设计原则有哪些？1、安全可靠，符合规范。总体布置必须满足规范对防火、防爆、逃生等要求，使生活、指挥、消防设备、应急电站、救生设备、直升飞机平台等（安全区）与油气处理区（危险区）尽量远离。对无自航能力的FPSO，其安全区模块一般布置在船艏。2、大容积设备靠近中轴线布置。甲板上部的生产设备根据功能不同，常按模块划分，每个模块之间都设有通道。由于波浪作用在船体上发生横摇的几率比纵摇大的多，而横摇会使船体产生巨大的扭曲应力，该应力的集中部位正是通道。因此，在模块布局上尽量将大容积设备如斜板隔油器、分离器等靠近中轴线布置，以减少船体摇摆产生的扭曲应力。3、方便生产操作和设备维修。设计主甲板和生产甲板之间的距离时，要考虑到最大设备的高度、高架管线的高度和维修操作的高度，一般选择3m以上。危险区与非危险区两模块的间距不小于3m。非危险区的通道宽度不小于2m。设在甲板上的吊机一般布置在左右两舷，前后错位布置，使吊机能够覆盖绝大部分生产甲板。33)自升式海洋平台的结构组成和拖航方式？组成：船体、升降机构、桩腿、桩靴、专业设备、生活模块、直升机平台、吊机等拖航方式：干拖、湿拖34)我国获得自升式平台主要方式有哪些？直接从国外购买引进：Robinloh-300型，二手平台-改造购买平台图纸国内建造：F&G（L-780型，JU2000型）MSC（CJ46）自主设计建造：40m钻井平台，“港海”1号，CP-30035)海洋平台设计可分为哪几个阶段？常用的设计方法有哪些？阶段：总体设计，结