海工系列培訓(xùn)之一海洋工程簡介

海工系列培訓(xùn)之一海洋工程簡介當(dāng)前第1頁\共有47頁\編于星期三\4點海洋平臺

一、概述海洋平臺是在海洋上進(jìn)行鉆井與采油作業(yè)的海洋工程結(jié)構(gòu)。船舶工程與海洋工程的差別：

海洋工程是以一定時期固定于某一水域進(jìn)行專業(yè)活動如鉆探、采油為對象的工程技術(shù)問題。船舶工程是以船舶的航運活動為主要對象的工程技術(shù)問題。海洋石油鉆探與生產(chǎn)所需平臺主要有鉆井平臺和生產(chǎn)平臺。在鉆井平臺上設(shè)置鉆井設(shè)備，在生產(chǎn)平臺上設(shè)置采油設(shè)備。平臺與海底井口有立管相通。平臺形式有三邊形、四邊形或多邊形。平臺上設(shè)有上下兩層甲板或單層甲板，以供安裝和儲存鉆井或采油設(shè)備用。當(dāng)前第2頁\共有47頁\編于星期三\4點

平臺發(fā)展

以材料論，從木質(zhì)平臺——鋼質(zhì)平臺以類型論，從固定式平臺——移動式平臺

固定式平臺：對惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；不利于拆除搬遷，水深增加后不經(jīng)濟(jì)移動式平臺：適合深水，利于拆除搬遷；部分平臺對惡劣環(huán)境適應(yīng)性弱當(dāng)前第3頁\共有47頁\編于星期三\4點25May2012LeadershipinLNG4輔助船平臺

自升式平臺

半潛式平臺

（系泊）半潛式輔助船

半潛式平臺

（動力定位）SPAR

鉆井船

當(dāng)前第4頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第5頁\共有47頁\編于星期三\4點1、按運動方式，可分為固定式與移動式兩大類

海洋平臺固定式移動式樁基式（鋼質(zhì)樁基導(dǎo)管架平臺）重力式浮式接地式順應(yīng)式船式*半潛式

*坐底式*自升式*d獨立腿式沉墊式牽索塔式張力腿式二、海洋平臺的分類*：主要類型平臺d：通常為鉆井平臺當(dāng)前第6頁\共有47頁\編于星期三\4點2、按功能，海洋平臺的分類有鉆井平臺、生產(chǎn)平臺、生活平臺、儲油平臺等。當(dāng)前第7頁\共有47頁\編于星期三\4點

張力腿TensionLegs(steeltubularlengthsscrewedtogether)SnorreTLP空心立柱(如儲罐、容器、設(shè)備等）)錨Anchors(variousavailable)當(dāng)前第8頁\共有47頁\編于星期三\4點

當(dāng)前第9頁\共有47頁\編于星期三\4點鉆井平臺

海洋鉆井的目的是為了了解海底地質(zhì)構(gòu)造及礦物儲藏情況，這項工作通常是由鉆井平臺來完成的。三、各種不同平臺的特點海上鉆井的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，包括井架(又稱鉆塔)、提升設(shè)備、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、井口系統(tǒng)、封井系統(tǒng)、水下鉆井設(shè)備的控制操作系統(tǒng)、運動補(bǔ)償系統(tǒng)等。因為海上鉆井要受到風(fēng)、浪、流的影響，所以比陸上鉆井要復(fù)雜得多。當(dāng)前第10頁\共有47頁\編于星期三\4點

生產(chǎn)平臺生產(chǎn)平臺是專門從事海上油、氣等生產(chǎn)性的開采、處理、貯藏、監(jiān)控、測量等作業(yè)的平臺。形式：有的是單個平臺，也可由幾個不同用途的平臺相連，組成石油生產(chǎn)基地。分類：1.按建筑材料可分為：鋼筋混凝土平臺和鋼質(zhì)平臺；

2.按結(jié)構(gòu)型式可分為：固定式平臺和移動式平臺。

固定式平臺又可分為樁基式與重力式兩種；

移動式平臺又可分為自升式與張力腿式、牽索塔式等。當(dāng)前第11頁\共有47頁\編于星期三\4點1、坐底式鉆井平臺坐底式鉆井平臺是早期在淺水區(qū)域作業(yè)的一種移動式鉆井平臺。組成：平臺分本體與下體，由若干立柱連接平臺本體與下體，平臺上設(shè)置鉆井設(shè)備、工作場所、儲藏與生活艙室等。特點：鉆井前在下體中灌入壓載水使之沉底，下體在坐底時支承平臺的全部重量，而此時平臺本體仍需高出水面，不受波浪沖擊。在移動時，將下體排水上浮，提供平臺所需的全部浮力。工作水深：60m以內(nèi)。不足：工作水深不能調(diào)節(jié)，愈深則所需的立柱愈長，結(jié)構(gòu)愈重愈不經(jīng)濟(jì)，而且立柱在拖航時升起太高，容易產(chǎn)生事故。對海底地形和土壤基礎(chǔ)有一定要求，適應(yīng)性不強(qiáng)。已日漸趨于淘汰。當(dāng)前第12頁\共有47頁\編于星期三\4點我國“勝利二號”步行坐底式鉆井平臺當(dāng)前第13頁\共有47頁\編于星期三\4點2、自升式鉆井平臺組成：一個上層平臺和數(shù)個能夠升降的樁腿工作過程：移航時樁腿升起，至井位后，船體升高作業(yè)，樁腿下降插入海底。適用水深與海底條件：60m-100m，硬土區(qū)、珊瑚區(qū)、不平整海底優(yōu)點：適用于不同海底土壤條件和相對較大的水深范圍，移位靈活方便，便于建造，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在海上移動式鉆井平臺中它仍占絕大多數(shù)。不足：水深愈大，樁腿愈長，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)性愈差。樁腿加長時，下水受波浪力大；拖航時穩(wěn)性差，受風(fēng)力大。樁腿入泥太深，泥底滑動會造成平臺傾斜。要求：自升式鉆井平臺既要滿足拖航移位時的浮性、穩(wěn)性方面的要求，又要滿足作業(yè)時穩(wěn)性和強(qiáng)度的要求，以及升降平臺和升降樁腿的要求。當(dāng)前第14頁\共有47頁\編于星期三\4點井架在平臺尾部----懸臂型當(dāng)前第15頁\共有47頁\編于星期三\4點獨立腿式：平臺、樁腿、樁靴樁靴，承載壓力約移位前必須知道新井位的容許壓力，以便加大支撐面積，減小插入深度。適用海底條件：硬土區(qū)、珊瑚區(qū)、不平整海底當(dāng)前第16頁\共有47頁\編于星期三\4點

沉墊式：平臺、樁腿、沉墊沉墊將各樁腿連在一起，增大支撐面積，減小支撐壓力，減小插入深度。拖航時沉墊提供浮性和穩(wěn)性。沉墊四周的裙板防止周圍泥土掏空。適用海底條件：由于沉墊承壓低（0.24～0.3Pa），適用平整海底當(dāng)前第17頁\共有47頁\編于星期三\4點平臺本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺的穩(wěn)性。下體間的連接支撐一般都設(shè)在下體上方，這樣，當(dāng)平臺移位時，可使連接支撐位于水線之上，以減小阻力；平臺本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊；下體或浮箱提供主要浮力，沉沒于水下以減小波浪的擾動力。3、半潛式鉆井平臺組成：由平臺本體、立柱和下體或浮箱組成。平臺上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺本體之間還有一些支撐與斜撐連接。特點：是大部分浮體沉沒于水中的小水線面的移動式鉆井平臺，從坐底式鉆井平臺演變而來，有立柱穩(wěn)定式平臺適用水深：500米-幾千米優(yōu)缺點：穩(wěn)性比較好。造價高當(dāng)前第18頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第19頁\共有47頁\編于星期三\4點墨西哥胡佛戴安娜灣半潛式鉆井平臺Marine700半潛式鉆機(jī)模塊。

可在70米至1520米深海域?qū)嵤┿@井。其設(shè)計最大浪高32米，持續(xù)風(fēng)浪11至15秒。該半潛式鉆機(jī)模塊總長為119米，總寬度為71.4米。當(dāng)前第20頁\共有47頁\編于星期三\4點錨泊系泊系統(tǒng)：8-12只錨鏈連接平臺與海底，適用于200-300m水深動力定位系統(tǒng)：利用聲納系統(tǒng)和自動控制對船舶定位；適用1000m錨泊與動力的組合定位系統(tǒng)：風(fēng)浪小時用錨泊，風(fēng)浪大時用動力定位系統(tǒng)。適用600m以內(nèi)定位系統(tǒng)：轉(zhuǎn)移方式：自航和非自航式。距離遠(yuǎn)時，即使自航時也需拖船。移動時為了減小受風(fēng)面，平放鉆井架井架布置：設(shè)在中部（常用方式，縱搖影響?。┗蚨瞬慨?dāng)前第21頁\共有47頁\編于星期三\4點

4、鉆井船鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的船，也屬于移動式(船式)鉆井裝置。較早的鉆井船是用駁船、礦砂船、油船、供應(yīng)船等改裝的，現(xiàn)在已有專為鉆井設(shè)計的專用船。目前，已有半潛、坐底、自升、雙體、多體等類型，且多數(shù)具有自航能力。優(yōu)缺點：鉆井船在鉆井裝置中機(jī)動性最好，但鉆井性能卻比較差。鉆井船在波浪中的垂蕩要比半潛式平臺大，有時要被迫停鉆，需采用垂蕩補(bǔ)償器來緩和垂蕩運動。工作：鉆井船與半潛式鉆井平臺一樣，鉆井時浮在水面。井架一般都設(shè)在船的中部，以減小船體搖蕩對鉆井工作的影響。適用范圍：適于深水作業(yè)，但需要適當(dāng)?shù)膭恿Χㄎ辉O(shè)施。鉆井船適用于波高小、風(fēng)速低的海區(qū)。它可以在600m水深的海底上進(jìn)行探查，掌握海底油、氣層的位置、特性、規(guī)模、貯量，提供生產(chǎn)能力等

當(dāng)前第22頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第23頁\共有47頁\編于星期三\4點

5、重力式采油平臺一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底部的大貯油罐、單根或多根立柱、平臺甲板等部分組成。采油、貯存和處理用的大型多用途平臺，規(guī)模較大的可開采幾十口井，貯油十幾萬噸，平臺的總重量可高達(dá)數(shù)十萬噸。施工：在海岸圍堤排水形成的工地上建造平臺，建好后拆堤放水起浮平臺，拖運到井位壓載下沉就位把底座在陸上造到一定程度后下水，每造好一段下沉一段，為起重工作帶來方便。優(yōu)點：較大的頂部裝載被拖至作業(yè)井口，海上裝配量減少；貯油能力增強(qiáng)；與海底連接程度好，抵抗外載能力提高；鋼筋混凝土節(jié)約鋼材和提高防腐能力，不需打樁；排去壓載可浮移。缺點：隨著水域增加造價增加。當(dāng)前第24頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第25頁\共有47頁\編于星期三\4點a–沉箱b–立柱d–油罐f–鉆井井架當(dāng)前第26頁\共有47頁\編于星期三\4點混凝土三角支架a–表面平臺b–混凝土三角支架c–重力基礎(chǔ)

d–鉆機(jī)及生產(chǎn)管束當(dāng)前第27頁\共有47頁\編于星期三\4點

6、導(dǎo)管架式平臺導(dǎo)管架式平臺由若干根導(dǎo)管組合成導(dǎo)管架，并用鋼樁固定于海底。施工：導(dǎo)管架先在陸地預(yù)制好后，拖運到海上安裝就位，然后順著導(dǎo)管打樁，鋼樁穿過導(dǎo)管打入海底，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導(dǎo)管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導(dǎo)管連成一體固定于海底。這種施工方式，使海上工作量減少。優(yōu)點：平臺設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當(dāng)?shù)氐暮r而定，一般大約高出4-5m，這樣可避免波浪的沖擊。樁基式平臺的整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，是目前最主要的固定式平臺。不足：其尺度、重量隨水深增加而急驟增加，所以在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。適用水深：300m當(dāng)前第28頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第29頁\共有47頁\編于星期三\4點導(dǎo)管架正在下海自動安裝扶正過程下水浮正當(dāng)前第30頁\共有47頁\編于星期三\4點

7、牽索塔式平臺組成：甲板、塔體、牽索系統(tǒng)牽索塔式平臺是一瘦長的桁架結(jié)構(gòu)，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撐，其上端支承作業(yè)甲板。桁架的四周用鋼索、重塊、錨、錨鏈所組成的錨泊系統(tǒng)加以牽緊，使它能保持直立狀態(tài)。特點：由于這種平臺是由錨泊系統(tǒng)牽緊的，它在小風(fēng)浪時僅發(fā)生微幅擺動；風(fēng)浪大時，由于桁架結(jié)構(gòu)擺動幅度大，會把重塊拉得離開海底，從而要吸收掉風(fēng)浪的一部分能量，因此平臺仍可維持在許可范圍內(nèi)（允許塔的傾斜度在2°以內(nèi)）擺動。水平力主要由系纜系統(tǒng)承受。優(yōu)點：這種平臺結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件尺寸小，故所受到的風(fēng)、浪、流的作用力也小。不足：若水深超過600米，則由于要提高桁架的抗彎能力，建造時所耗用的材料會大大增加，經(jīng)濟(jì)上不一定合算。適用水深：300～600m

當(dāng)前第31頁\共有47頁\編于星期三\4點當(dāng)前第32頁\共有47頁\編于星期三\4點牽索塔式生產(chǎn)平臺Guyedtowerproductionplatforma–塔體b–樁腿筒c–鋼索d–重塊e–錨當(dāng)前第33頁\共有47頁\編于星期三\4點

8、張力腿式平臺張力腿式平臺是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產(chǎn)平臺。張力腿式平臺的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺的作用。

當(dāng)前第34頁\共有47頁\編于星期三\4點25May2012LeadershipinLNG35張力腿式平臺與半潛式平臺的聯(lián)系與區(qū)別：聯(lián)系：均有平臺、立柱，均采用錨泊定位區(qū)別：錨泊定位系統(tǒng)的錨鏈為懸垂曲線，下端必須與水底相切，以保證錨柄不會從水底抬起，這樣就可保證錨的抓力。張力腿式平臺所用錨索是繃緊成直線的，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的錨是樁錨（即打入水底的樁作為錨用），或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起放的轉(zhuǎn)爪錨。不足：投資高適用水深：460m～幾千米當(dāng)前第35頁\共有47頁\編于星期三\4點

錨索是繃緊成直線樁錨或重力式錨當(dāng)前第36頁\共有47頁\編于星期三\4點小型張力腿－MiniTLP

MINI

TENSIONLEGPLATFORM當(dāng)前第37頁\共有47頁\編于星期三\4點美國