海洋平台设计课程(浮式海洋平台)-甘进

甘进博士/讲师

交通学院海洋工程系

2013年11月《海洋平台设计》课程

海洋平台设计

Introduction to Offshore Platform Design

2教学内容（32学时）

?海洋工程发展及平台类型?海洋平台设计的关键技术?海洋环境及平台设计荷载?海洋油气开发方式和生产系统?导管架平台设计专题?自升式平台设计专题?浮式海洋平台设计专题

?海洋平台设计和计算软件专题?海洋平台设计应用专题

3《海洋平台设计》课程

浮式海洋平台设计专题

4《海洋平台设计》课程

半潜式海洋平台

浮式海

洋平台设计专题半潜式平台简介

?应用背景

资源：

油气资源

水深：

平均水深3730米；200米至6000米（面积90%）；3000米到6000米（面积74%）；500米以内（石油储量80%）；海底油气的开采向深水域（水深450-1500米）和超深水域（水深1500米以上）发展。

技术：

传统的导管架和重力式等平台不适合深水开发：应发展张力腿平台（TLP ）、Spar 、半潜式平台（Semisubmersible ）。

浮式

海洋平台设计专题半潜式平台简介

?应用背景

特点：

半潜式平台由立柱提供工作所需的稳性，因此又称为柱稳式平台。半潜式平台水线面很小，这使得它具有较大的固有周期，不大可能和波谱的主要成分波发生共振，达到减小运动响应的目的；它的浮体位于水面以下的深处，大大减小了波浪作用力。

当波长和平台长度处于某些比值时，立柱和浮体上的波浪作用力能互相抵消,从而使作用在平台上的作用力很小，理论上甚至可以等于零。

浮式

海洋平台设计专

题半潜式平台简介

?应用背景

优点：

半潜式海洋钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率、易于改造并具备钻井、修井、生产等多种工作功能，无需海上安装，全球全天候的工作能力和自存能力等优点。其在深海能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。

浮式海

洋平台设计专题半潜式平台简介

?国内外半潜式海洋平台概况

首座半潜式海洋平台：

“Ocean Driller”：1961 年，90～180 m ，3 立柱结构,甲板呈V 字形;

中国首座半潜式钻井平台“勘探3号”：1984年7月，工作水深35米至200米，最大钻井深度6000米;

中国首座深水半潜式钻井平台“COSLPIONEER ”，工作水深70米至750米，最大钻井深度7500米;

中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”，工作水深3000米，最大钻井深度10000米（世界最先进）。

半潜式钻井平台经历了6 个发展阶段

浮式

海洋平台设计专题半潜式平台简介

?发展阶段

第一代半潜式钻井平台：

第1代半潜式钻井平台出现在20世纪60年代中后期,由座底式平台演变而来,这个时期平台作业水深为90～180 m ,采用锚泊定位。1961 年诞生的Ocean Driller 为3 立柱结构,甲板呈V 字形;

Blue Water 钻井公司拥有的Rig NO. 1 半潜式平台为4立柱结构,该平台为Shell 公司设计;

1966年Sedco135 半潜式平台为12 根立柱,为Friede&Goldman 公司设计；

这个时期的平台结构布局大多不合理,设备自动化程度低。

浮式海

洋平台设计

专

题半潜式平台简介

?发展阶段

第二代半潜式钻井平台：

20世纪70 年代，出现了以Bulford Dolphin, Ocean Baroness, Noble Therald Martin 等为代表的第2代半潜式钻井平台，这类平台作业水深180～600 m ，钻深能力以6096m (20000英尺) 和7620m(25000 英尺)两种为主，采用锚泊定位，设备操作自动化程度不高。

浮式海

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?发展阶段

第三代半潜式钻井平台：

1980-1985年,以Sedco714, Atwood Hunter, AtwoodEagle, Atwood Falcon 等为代表的第3代半潜式钻井平台出现，此时平台作业水深450～1500 m ，钻深以7 620m(25 000 英尺) 为主，采用锚泊定位，结构较为合理,操作自动化程度不高。

这类平台是20 世纪80～90 年代的主力平台，建造数量最多。同期平台还有F&G Enhanced Pacesetter 公司设计的Pride Venezuela ; Pride South Atlantic 以及AkerH23设计的Ocean Winner 和Deep sea Bergen 等。

浮式海

洋平台设计专

题半潜式平台简介

?发展阶段

第四代半潜式钻井平台：

以Jack Bates, Noble Amos Runner, Noble Paul Romano ,NobleMax Smith 为代表的第4代半潜式钻井平台出现在20世纪90年代末，其作业水深达1000～2000m ，钻深以7620m (25000英尺)和9144 m(30000英尺)为主，锚泊定位为主，采用推进器辅助定位并配有部分自动化钻台甲板机械，设备能力与甲板可变载荷都有提高。De Hoop Megathyst 公司设计的Pride Brazil, Pride Carlos Walter ,Pride Portland, Pride Riode Janeiro 均属于此级别平台。

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?发展阶段

第五代半潜式钻井平台：

2000 -2005年期间,出现了以Ocean Rover,Sedco Energy ,Sedco Express 为代表的第5代半潜式钻井平台，其作业水深达1800～3600m ，钻深能力在7620～11430m (25000 ～37500 英尺) 之间，采用动力定位为主，锚泊定位为辅的定位方式，能适应更加恶劣的海洋环境。由

SedcoForex 公司设计的第5代半潜式平台采用模块化的甲板构件和2台独立的管子垂直移运排放机等自动化设备，提高了钻管移放速度。

同期平台有Friede & Goldman 设计的GSF Development Driller I & II 和Reading &Bates RBS-8D and RBS-8M 设计的Deepwater Horizon , DeepwaterNautilus 。

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?发展阶段

第六代半潜式钻井平台：

21 世纪初，作为目前世界上最先进的第6代半潜式钻井平台相继诞生，如Scarabeo9, AkerH-6e, GVA7500, MSCDSS21等。

第6代半潜式钻井平台作业水深达2550～3600m ，多数为3048 m ，钻深大于9144 m (30000 英尺) ，采用动力定位，船体结构更为优化，可变载荷更大，配备自动排管等高效作业设备，能适应极其恶劣的海洋环境。第6代平台比以往钻井平台更先进的设计在于采用了双井口作业方式，即相对于陆地钻机而言，该平台钻机具有双井架、双井口、双提升系统等。主井口用于正常的钻进工作，辅助井口主要完成组装、拆卸钻杆及下放、回收水下器具等离线作业。虽然平台的投资有所增加，但是对于海洋钻井作业效率的提高是显著的。据相关资料介绍，双井口钻井作业在不同的作业工况下可以节省21%-70%的时间。

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洋

平

台

设计

专

题半潜式平台简介

?发展阶段（海洋石油981）

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计

专

题半潜式平台简介

?技术特点

可变载荷增大

通过优化设计，其可变载荷与总排水量的比值超过0.2，甲板可变载荷将达到万吨，平台自持能力增强，同时甲板空间增大，钻井等作业安全性能提高。

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?技术特点

外形结构简化，采用高强度钢

早期平台的立柱数目众多，现多采用6个或4个圆立柱或圆角方立柱。斜撑数目从14－20根大幅降低，以致减为2－4根横撑，并将最终取消各种形式的撑杆和节点。平台主结构采用高强度钢，以减轻平台结构自重和造价，提高可变载荷与平台自重比，提高排水量和平台自重比。

通常大多数海上工程用钢的屈服强度（R ）为250－350Mpa ，目前，高强度钢（R=700MPa ）已用作平台的重要结构，甚至使用R=827Mpa 的钢材，这些钢材不仅强度高，而且韧性好，可焊性好。。

浮式海

洋平台设计专

题半潜式平台简介

?技术特点

适应更恶劣海域

半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力强，稳性等安全性能良好。大部分深海半潜式平台能生存于百年一遇的海况条件，适应风速达100kn ～120kn ，波高达16m ～32m ，流速达2kn ～4kn 。

随着动力配置能力的增大和动力定位技术的新发展，半潜式平台进一步适应更深海域的恶劣海况，甚至可望达全球全天候的工作能力。

浮式

海洋平台设计专题半潜式平台简介

?技术特点

工作水深显著增加

1998年新建和在建的19 艘半潜式平台中，17艘工作水深超过1524 m (5000 ft) ；

2002年末现有和在建的175艘半潜式平台中，31艘工作水深超过1829m (6000 ft)，16艘工作水深超过2286 m(7500 ft)，其中IH I2RBF Exploration ，Deepwater Horizon 、EirikRaude(Bingo 9000系列) 工作水深达3048 m (10000 ft) 。

未来20年内，工作水深达4000m ～5000m 的半潜式平台有望出现。

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海洋平

台

设

计

专

题半潜式平台简介

?技术特点

装备先进

第六代深水半潜平台装备大功率（绞车功率达6000-7000HP 及以上）的新一代钻井设备、新一代动力定位设备和大功率电力设备先进的监测报警、救生消防、通讯联络等设备，平台钻井作业的自动化、效率和安全性能等都有显著提高。

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?技术特点

趋势

在结构形式上，新一代的半潜式平台趋于大型化和简单化。平台的主尺度增大，立柱浮体和主甲板间的内部空间增大，物资（水泥，粘土粉，重晶石粉，钻井泥浆，钻井水，饮用水和燃油等）存储能力增强。平台外形结构趋于简化，下浮体趋向采用简单的方形截面，平台甲板也为规则的箱形结构；采用少节点，无撑杆的简单外形结构，立柱和撑杆、节点的型式简化、数目减少，这些改变都大大降低了节点疲劳破坏风险并减少了建造费用。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4dfl.html