海工系列培訓之一 海洋工程簡介.ppt

May2014,海洋工程簡介,JansenLu,海工系列培訓之一,海洋平臺,一、概述海洋平臺是在海洋上進行鉆井與采油作業(yè)的海洋工程結構。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行專業(yè)活動如鉆探、采油為對象的工程技術問題。船舶工程是以船舶的航運活動為主要對象的工程技術問題。海洋石油鉆探與生產所需平臺主要有鉆井平臺和生產平臺。在鉆井平臺上設置鉆井設備，在生產平臺上設置采油設備。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備用。,平臺發(fā)展以材料論，從木質平臺鋼質平臺以類型論，從固定式平臺移動式平臺固定式平臺：對惡劣環(huán)境適應性強；不利于拆除搬遷，水深增加后不經濟移動式平臺：適合深水，利于拆除搬遷；部分平臺對惡劣環(huán)境適應性弱,25May2012,LeadershipinLNG,4,1、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（鋼質樁基導管架平臺）,重力式,浮式,接地式,順應式,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,2、按功能，海洋平臺的分類有鉆井平臺、生產平臺、生活平臺、儲油平臺等。,張力腿TensionLegs(steeltubularlengthsscrewedtogether),SnorreTLP,鉆井平臺,海洋鉆井的目的是為了了解海底地質構造及礦物儲藏情況，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,海上鉆井的設備相當復雜，包括井架(又稱鉆塔)、提升設備、轉動系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、井口系統(tǒng)、封井系統(tǒng)、水下鉆井設備的控制操作系統(tǒng)、運動補償系統(tǒng)等。因為海上鉆井要受到風、浪、流的影響，所以比陸上鉆井要復雜得多。,生產平臺,生產平臺是專門從事海上油、氣等生產性的開采、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，組成石油生產基地。分類：,1.按建筑材料可分為：鋼筋混凝土平臺和鋼質平臺；2.按結構型式可分為：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。,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，平臺上設置鉆井設備、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。不足：工作水深不能調節(jié)，愈深則所需的立柱愈長，結構愈重愈不經濟，而且立柱在拖航時升起太高，容易產生事故。對海底地形和土壤基礎有一定要求，適應性不強。已日漸趨于淘汰。,我國“勝利二號”步行坐底式鉆井平臺,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，結構強度和穩(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)性和強度的要求，以及升降平臺和升降樁腿的要求。,井架在平臺尾部-懸臂型,獨立腿式：平臺、樁腿、樁靴樁靴，承載壓力約2.4-2.9pa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,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（0.240.3Pa），適用平整海底,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距離，以保證平臺的穩(wěn)性。下體間的連接支撐一般都設在下體上方，這樣，當平臺移位時，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。平臺上設有鉆井機械設備、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,墨西哥胡佛戴安娜灣半潛式鉆井平臺,Marine700半潛式鉆機模塊?？稍?0米至1520米深海域實施鉆井。其設計最大浪高32米，持續(xù)風浪11至15秒。該半潛式鉆機模塊總長為119米，總寬度為71.4米。,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)：風浪小時用錨泊，風浪大時用動力定位系統(tǒng)。適用600m以內,定位系統(tǒng)：,轉移方式：自航和非自航式。距離遠時，即使自航時也需拖船。移動時為了減小受風面，平放鉆井架井架布置：設在中部（常用方式，縱搖影響?。┗蚨瞬?4、鉆井船,鉆井船是設有鉆井設備，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、供應船等改裝的，現(xiàn)在已有專為鉆井設計的專用船。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?shù)膭恿Χㄎ辉O施。鉆井船適用于波高小、風速低的海區(qū)。它可以在600m水深的海底上進行探查，掌握海底油、氣層的位置、特性、規(guī)模、貯量，提供生產能力等,5、重力式采油平臺一般為鋼筋混凝土結構，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；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。,a沉箱b立柱d油罐f鉆井井架,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d鉆機及生產管束,6、導管架式平臺導管架式平臺由若干根導管組合成導管架，并用鋼樁固定于海底。施工：導管架先在陸地預制好后，拖運到海上安裝就位，然后順著導管打樁，鋼樁穿過導管打入海底，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導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：平臺設于導管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當?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構剛性大，適用于各種土質，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，所以在深水中的經濟性較差。適用水深：300m,導管架正在下海,自動安裝扶正過程,下水浮正,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構，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，它在小風浪時僅發(fā)生微幅擺動；風浪大時，由于桁架結構擺動幅度大，會把重塊拉得離開海底，從而要吸收掉風浪的一部分能量，因此平臺仍可維持在許可范圍內（允許塔的傾斜度在2以內）擺動。水平力主要由系纜系統(tǒng)承受。優(yōu)點：這種平臺結構簡單，構件尺寸小，故所受到的風、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，經濟上不一定合算。適用水深：300600m,牽索塔式生產平臺Guyedtowerproductionplatform,a塔體b樁腿筒c鋼索d重塊e錨,8、張力腿式平臺張力腿式平臺是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產平臺。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償，且此拉力應大于波浪產生的力，使錨索上經常有向下的拉力，起著繃緊平臺的作用。,25May2012,LeadershipinLNG,35,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爪錨。不足：投資高適用水深：460m幾千米,錨索是繃緊成直線樁錨或重力式錨,小型張力腿MiniTLPMINITENSIONLEGPLATFORM,美國墨西哥灣莫珀斯小型張力腿平臺,圓柱直徑6.1-9.14m,水深1310m，1432m,美國墨西哥灣莫珀斯小型張力腿平臺,美國墨西哥灣莫珀斯小型張力腿平臺,9、單立柱SPAR,由轉盤、浮筒、懸鏈式錨