深水工程作業(yè)論文

1、柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要裝備和技術(shù)挑戰(zhàn)摘要：隨著陸地資源的日益枯竭，石油天然氣開(kāi)采已逐漸由陸地轉(zhuǎn)移到海洋，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，全球90%以上海洋面積的水深為2006000米，因而廣闊的深海領(lǐng)域必將是未來(lái)能源開(kāi)采的主戰(zhàn)場(chǎng)。針對(duì)不同的海洋環(huán)境，選擇合適的開(kāi)發(fā)模式、建立完善的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是深海油氣資源安全、快速開(kāi)發(fā)的重要保障。本文對(duì)深水及超深水的油氣開(kāi)發(fā)模式和柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，著重分析柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中不同裝備的特點(diǎn)及適用性，并進(jìn)一步對(duì)深海油氣資源開(kāi)發(fā)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)行介紹和分析，以期能為海洋工程技術(shù)發(fā)展成熟提供參考。關(guān)鍵字：深海開(kāi)發(fā)模式；柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)；海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)；立管系統(tǒng)廣闊的海洋中蘊(yùn)藏著豐富的海洋油氣資

2、源，其中石油資源約占全球石油資源總量的34%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已探明的海洋石油資源儲(chǔ)量的80%以上位于水深500米的深海海域，開(kāi)發(fā)技術(shù)及難度極大。但隨著世界油氣資源需求量的不斷上漲，海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)逐漸由淺水邁向深水甚至超深水過(guò)渡。由于水深、環(huán)境條件、離岸距離、地質(zhì)條件以及油田油藏特性等諸多因素的限制，深海油氣資源開(kāi)發(fā)裝備與陸上、淺海油氣資源開(kāi)發(fā)裝備存在較大的差異。經(jīng)過(guò)英國(guó)多年的發(fā)展，海洋油氣資源開(kāi)發(fā)裝備逐漸從以淺海固定式平臺(tái)為主體的裝備體系發(fā)展到了以浮式平臺(tái)和水下生產(chǎn)系統(tǒng)為主體的裝備體系。目前，適用于深海開(kāi)發(fā)的模式主要為：（1）以TLP平臺(tái)為主的開(kāi)發(fā)模式TLP平臺(tái)+海底管線/TLP平臺(tái)+FPU

3、+海底管線/TLP平臺(tái)+FPSO（2）以SPAR平臺(tái)為主的開(kāi)發(fā)模式SPAR平臺(tái)+外輸管線/SPAR平臺(tái)+FPSO（3）以半潛式平臺(tái)為主的開(kāi)發(fā)模式Semi-submersible+水下井口+海底管線/Semi-submersible+ FPSO（4）以FPSO為主的開(kāi)發(fā)模式FPSO+水下生產(chǎn)系統(tǒng)/FPSO+其他深水平臺(tái)設(shè)施根據(jù)海洋平臺(tái)及立管系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以將上述開(kāi)發(fā)模式簡(jiǎn)單歸結(jié)為兩類：剛性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。其中，剛性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要包括：浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)（TLP或SPAR）、干式采油樹(shù)和剛性立管（頂張式立管）；柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要包含：海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)（semi-submersible、FPSO/FDPS

4、O/FPS）、柔性立管（鋼制懸鏈線立管、組合立管）、海底生產(chǎn)系統(tǒng)和濕采油樹(shù)。柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)：一根立管對(duì)應(yīng)著多個(gè)井口，操作和修井作業(yè)不便。 本文就柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主要設(shè)備的特點(diǎn)和面臨的技術(shù)條件進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。一、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)1.1 半潛式平臺(tái)（1）半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)半潛式平臺(tái)興起于上世紀(jì)60年代，是海洋油氣資源開(kāi)發(fā)中最常見(jiàn)的浮式結(jié)構(gòu)之一，該類結(jié)構(gòu)通常是由下浮筒、上甲板以及連接在兩者之間的立柱、撐桿組成，如圖1所示。圖1 典型半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖（2）半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)最大的特點(diǎn)是半潛作業(yè)，結(jié)構(gòu)在作業(yè)條件下，其浮筒完全浸沒(méi)于海水中，避開(kāi)海面波浪作用區(qū)，大大減少波浪力作用，因此，該結(jié)構(gòu)比浮船式平臺(tái)結(jié)構(gòu)

5、所受的波浪力小得多。另一重要特點(diǎn)是柱穩(wěn)式平臺(tái)，即利用立柱保證平臺(tái)的穩(wěn)性。結(jié)構(gòu)在半潛狀態(tài)時(shí)，其水線面積主要是立柱的水線面積，水線面積雖不大，但立柱間的間距較大，因而平臺(tái)的慣性矩較大，使其有較大的初穩(wěn)性高度。它比浮船式平臺(tái)慣性矩大的多。此外，通過(guò)合理的選擇立柱橫向和縱向間距，可以達(dá)到抵消部分外力的效果，從而使得平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)減小。（3）半潛式平臺(tái)類型半潛式平臺(tái)類型很多，分類方式也各不相同。按照其功能可以分為：半潛式鉆井平臺(tái)和半潛式生產(chǎn)平臺(tái)；根據(jù)其功能的不同，半潛式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)外形及甲板設(shè)施存在很大的差異。由于半潛式鉆井平臺(tái)需要頻繁移動(dòng)井位，其下浮筒通常為流線型的雙浮筒，為了保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，常常在浮筒或立

6、柱之間設(shè)置兩根或多根橫撐；甲板多為封閉的箱式結(jié)構(gòu)，一方面提供足夠的工作空間，另一方面降低結(jié)構(gòu)傾覆的危險(xiǎn)。半潛式鉆井平臺(tái)還具有一個(gè)顯著的特征，即：甲板上部存在一個(gè)或多個(gè)大型的鉆井架結(jié)構(gòu)，用于鉆桿的搭接和鉆探布置。半潛式生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行采油作業(yè)，需要長(zhǎng)期定位于井口上方，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)該更多考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)性，如圖2所示。典型的半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的下浮筒為封閉的方箱結(jié)構(gòu)。立柱位于下浮筒的四個(gè)角上支撐著甲板，四個(gè)立柱之間有很大的空間，用于立管的安置，立柱之間沒(méi)有橫撐結(jié)構(gòu)，甲板有時(shí)采用桁架結(jié)構(gòu)，甲板面積較小。通常半潛式生產(chǎn)平臺(tái)也具有一個(gè)小型的井架，該井架主要用于修井或完井。圖2 桁架式半潛平臺(tái)僅從外形來(lái)看

7、，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)與傳統(tǒng)的TLP結(jié)構(gòu)區(qū)別不大，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)多為方立柱，而TLP平臺(tái)立柱多為圓立柱。兩者最大的區(qū)別在于TLP結(jié)構(gòu)采用張力筋腱進(jìn)行系泊，系統(tǒng)的垂向剛度較大，垂向運(yùn)動(dòng)較小，而半潛式生產(chǎn)平臺(tái)常采用懸鏈線、張緊式或半張緊式系泊系統(tǒng)進(jìn)行系泊，結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較大。這也是TLP平臺(tái)可以采用干式采油樹(shù)而半潛式平臺(tái)只能采用濕式采油樹(shù)的根本原因。（4）半潛式平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)半潛式平臺(tái)自十九世紀(jì)六十年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展六代，目前第七代半潛式平臺(tái)正在研發(fā)中。隨著半潛式平臺(tái)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)型式正趨于規(guī)范化，從最初的八立柱式發(fā)展為現(xiàn)在的四立柱式，斜撐數(shù)目也逐漸減少，最終通過(guò)增加甲板和橫撐的強(qiáng)度取締各種形式的撐桿

8、和節(jié)點(diǎn)。為了減輕結(jié)構(gòu)自身重量，提高甲板承載能力，平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋼，為了減小航行時(shí)的阻力，下浮體采用細(xì)長(zhǎng)流線形的箱體結(jié)構(gòu)。半潛式平臺(tái)總體向著大型化、簡(jiǎn)單化的方向發(fā)展，其主要技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下表所示：（a）甲板可變荷載大甲板可變荷載與總排水量比值可超過(guò)0.2（b）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量較輕雙浮筒、四立柱、雙橫撐、多層甲板式平臺(tái)（主體結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋼）（c）適應(yīng)惡劣海況有限個(gè)立柱結(jié)構(gòu)暴露在波浪荷載中，受力較小，能夠抵抗更惡劣的環(huán)境條件（d）工作水深范圍大最大工作水深已經(jīng)超過(guò)了3000m(5)半潛式平臺(tái)的技術(shù)挑戰(zhàn)經(jīng)過(guò)多年的研究，半潛式平臺(tái)的技術(shù)不斷獲得突破。目前的技術(shù)挑戰(zhàn)主要有兩個(gè)方面：（a）關(guān)鍵部位

9、的強(qiáng)度和疲勞問(wèn)題半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式得到極大的簡(jiǎn)化；結(jié)構(gòu)某些部位的受力大幅增加；結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度難以得到保障；板厚增加帶來(lái)應(yīng)力集中和焊接等問(wèn)題；浮筒、立柱、甲板等結(jié)構(gòu)連接處，因結(jié)構(gòu)不連續(xù)而產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象；區(qū)域結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞問(wèn)題；（b）運(yùn)動(dòng)幅值過(guò)大系泊用懸鏈線、張緊式和半張緊式形式系泊系統(tǒng)相對(duì)于張力筋腱較為松弛；允許結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的位移；降低半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)；（6）半潛式平臺(tái)的新發(fā)展與濕式采油樹(shù)相比，干式采油樹(shù)安裝在平臺(tái)上，更加便于生產(chǎn)的控制，當(dāng)產(chǎn)油率過(guò)低甚至不出油時(shí)，可利用自身設(shè)備進(jìn)行修井作業(yè)，而無(wú)需其他的移動(dòng)鉆井設(shè)備。因此，采用干式采油樹(shù)可以大幅降低平臺(tái)成本，減少停機(jī)時(shí)間。為了能在半潛

10、式平臺(tái)上采用干式采油樹(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的角度出發(fā)，提出了一系列采用干式采油樹(shù)的新型半潛式生產(chǎn)平臺(tái)概念，并進(jìn)行了大量的數(shù)值分析和試驗(yàn)研究，已取得了一定的研究進(jìn)展，目前，比較成熟的幾種新型半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)如下。（a） 桁架式半潛平臺(tái)（Truss Semi）由美國(guó)FloaTec公司提出，利用垂蕩板來(lái)增加結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，改善結(jié)構(gòu)的垂蕩運(yùn)動(dòng)幅值。Truss Semi的垂蕩板布置在中央井下方，可以為立管提供依附位置，垂蕩板通過(guò)桁架與結(jié)構(gòu)主體相連，根據(jù)需要，可以設(shè)置多層垂蕩板,如圖2所示。該類平臺(tái)的主體和桁架可由不同的船廠分別建造，上船體可以在碼頭進(jìn)行拼接，對(duì)于平行下浮體形式，垂蕩板和桁架結(jié)構(gòu)可以在作業(yè)處通

11、過(guò)工程船安裝；對(duì)于喚醒下浮體型式，可以在船塢內(nèi)進(jìn)行拼接。（b）可伸展吃水半潛式平臺(tái)（Extendable Draft Semi, ESEMI）ESEMI是FloaTec公司提出的另一種深吃水干數(shù)半潛平臺(tái)。該平臺(tái)同樣采用了垂蕩板，與Truss Semi不同的是，該垂蕩板不需要工程船來(lái)安裝，而是在碼頭進(jìn)行預(yù)裝，根據(jù)作業(yè)狀態(tài)自由收起和放下垂蕩板。圖3 可伸展吃水半潛式平臺(tái)后來(lái)，該公司將該種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，利用第二層下浮體替代垂蕩板，如圖3所示，主要是為了增加結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量和阻尼，同時(shí)還可以作為壓載艙，降低平臺(tái)結(jié)構(gòu)的重心，改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性。（c）斜立柱半潛式平臺(tái)（FourStar Semi）該平臺(tái)是美國(guó)

12、SBM Atlantia 公司開(kāi)發(fā)的一種干式半潛平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)特征為立柱向內(nèi)傾斜，立柱截面面積從上至下逐漸增大，如圖4所示。FourStar半潛式平臺(tái)是在Fourstar張力腿平臺(tái)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，與垂直立柱式相比，該種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)為：平臺(tái)的穩(wěn)性性能更優(yōu)；強(qiáng)度更好，可以更有效的抵抗波浪和上船體重量引起的彎矩；水線面出更加的開(kāi)闊，進(jìn)一步減少了波浪的擾動(dòng)，一定程度上改善了結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力性能。 圖4 斜立柱半潛平臺(tái) 圖5 自由懸掛固體壓載艙半潛式平臺(tái)（d）自由懸掛固體壓載艙半潛式平臺(tái)（FHS Semi）該平臺(tái)概念有Mansour和Wu于2008年，提出，包括傳統(tǒng)的四立柱和環(huán)形下浮體形式的半潛式平臺(tái)主體以

13、及一個(gè)第二層自由懸掛的固體壓載艙（SBT），如圖5所示。該類平臺(tái)的主要特點(diǎn)為：固體壓載艙與主體連接處采用了可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接裝置，有效的緩解了剛性固接部位的疲勞問(wèn)題； 平臺(tái)的搖蕩運(yùn)動(dòng)受到SBT的影響，運(yùn)動(dòng)幅值得到了降低；SBT顯著的增大了平臺(tái)垂向的附加質(zhì)量，提高了垂蕩運(yùn)動(dòng)的周期，降低了垂蕩運(yùn)動(dòng)的幅值； SBT增大了平臺(tái)的穩(wěn)性高和回復(fù)力矩，改善了平臺(tái)的穩(wěn)性。1.2 FPSO系統(tǒng)FPSO（Floating Production Storage and Offloading）是80年代中期興起的一種新型海上石油開(kāi)采工具，具有浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)油和卸油的功能。與常規(guī)油船不同，F(xiàn)PSO儲(chǔ)油輪通過(guò)單點(diǎn)系泊或分布式系泊的

14、方式固定在某一固定的海域。首部系泊裝置一般有轉(zhuǎn)塔式和懸臂式兩種，系泊裝置下的系泊系統(tǒng)由多根錨鏈線組成，F(xiàn)PSO儲(chǔ)油輪可繞系泊點(diǎn)做水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，從而使其在風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的作用下處于最小受力狀態(tài)。與其他型式的石油生產(chǎn)平臺(tái)相比，F(xiàn)PSO具有儲(chǔ)油量大、移動(dòng)靈活、安裝費(fèi)用低、便于維修和保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。圖6 FPSO系統(tǒng)（1） FPSO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)較之傳統(tǒng)的固定式采油平臺(tái)為中心的海上油田開(kāi)采模式，F(xiàn)PSO系統(tǒng)對(duì)于邊際油田、早期開(kāi)采系統(tǒng)和深海油氣田開(kāi)發(fā)中油氣獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了大力的發(fā)展，已成為海上油氣資源開(kāi)發(fā)的一種主要開(kāi)采手段。與固定式采油平臺(tái)開(kāi)采模式相比，F(xiàn)PSO的主要特

15、點(diǎn)有：投資省、開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)低施工周期短、建造質(zhì)量有保障拆遷費(fèi)用低甲板面積寬闊運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)應(yīng)用水深范圍大承重能力和抗環(huán)境荷載能力強(qiáng)適用范圍廣靈活調(diào)換生產(chǎn)模塊、應(yīng)用靈活移動(dòng)方便、大部分具有海上自航能力（2）FPSO系統(tǒng)的新發(fā)展為了突破FPSO的挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外專家經(jīng)研究又提出了其他的FPSO概念。（a）圓筒型FPSO針對(duì)傳統(tǒng)FPSO系統(tǒng)的不足，挪威 Sevan Marine 公司研發(fā)了 Sevan SSP（Sevan Stabilised Platform）系列FPSO，如圖7所示，其特點(diǎn)主要包括：1）由于圓筒型結(jié)構(gòu)，在水平面上水動(dòng)力完全對(duì)稱，對(duì)于風(fēng)浪流的方向不敏感，因此不需要根據(jù)來(lái)流方向調(diào)整平臺(tái)

16、的艏向，因而也就沒(méi)有必要裝備單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，這種類型的FPSO采用多點(diǎn)系泊系統(tǒng)，這降低了FPSO的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)成本，提高了FPSO的作業(yè)天數(shù)。2）在相同的儲(chǔ)油量條件下，Sevan SSP 系列FPSO比起船型FPSO具有更大的水線面面積，因而具有更強(qiáng)的抗傾覆能力和工作甲板承載能力。3）較之于船型浮體，圓筒型的鋼結(jié)構(gòu)能夠更好地體現(xiàn)其完整性，采用這樣的結(jié)構(gòu)，較好地回避了船型FPSO這樣一種兩端完全自由的直梁結(jié)構(gòu)常年系泊于環(huán)境惡劣的波浪環(huán)境中可能造成的結(jié)構(gòu)疲勞破壞風(fēng)險(xiǎn)，其單位面積的甲板載荷承受能力比船型FPSO有較大幅度的提高。此外，圓筒型的緊湊型結(jié)構(gòu)也為減少FPSO各種管纜的長(zhǎng)度提供了條件。4）

17、圓筒型結(jié)構(gòu)的建造工藝比船型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這可以進(jìn)一步地減低建造成本。5）圓筒型FPSO的水線面積遠(yuǎn)大于半潛式平臺(tái)、和船型FPSO比較接近，儲(chǔ)卸油引起的排水量變化對(duì)其吃水影響不敏感。圖7 圓筒型FPSO系統(tǒng)（b）FDPSO（Floating Drilling Production, Storage and Offloading）又稱為浮式鉆井生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置、浮式鉆井生產(chǎn)儲(chǔ)油輪、浮式鉆井生產(chǎn)儲(chǔ)存外輸裝置等。FDPSO是在FPSO上加裝油氣鉆井模塊、增加鉆探功能而形成的一種裝置，這種裝置可以在鉆探的同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)。FDPSO配置了一個(gè)輕型模塊化可搬遷的鉆機(jī)。該鉆機(jī)可采用FDPSO上的甲板吊機(jī)進(jìn)行安裝和拆卸，

18、不需要額外動(dòng)用大型浮吊；當(dāng)鉆井工作完成后，鉆井模塊可以從FDPSO上移除，搬遷到其它地方再使用。FDPSO集鉆井、生產(chǎn)、修井、完井、儲(chǔ)卸油等功能于一體。其概念的提出，為解決傳統(tǒng)的深海油氣開(kāi)采技術(shù)中因?yàn)樾枰δ塥?dú)立的鉆井和生產(chǎn)儲(chǔ)油兩套系統(tǒng)而導(dǎo)致投資成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等難題而提供了一個(gè)可解決的方案。FDPSO可以采用滾動(dòng)開(kāi)發(fā)模式，邊鉆井邊投產(chǎn)，這降低了油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。這一技術(shù)大大地節(jié)省常規(guī)深海油氣田開(kāi)發(fā)工程中鉆井的費(fèi)用，提高了開(kāi)發(fā)效率，它尤其適宜于作為油氣田開(kāi)發(fā)早期生產(chǎn)系統(tǒng)以及在深水油田開(kāi)發(fā)中使用。圖8 FDPSO系統(tǒng)二、立管系統(tǒng)立管系統(tǒng)是連接在井口和浮式平臺(tái)之間的最重要的部分。根據(jù)剛度的不同

19、，立管系統(tǒng)可以分為柔性立管和剛性立管。常用于柔性開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的立管為鋼懸鏈線立管（SCR）和柔性立管（flexible riser）.下面對(duì)這兩種立管進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。2.1 柔性立管（1）柔性立管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1972年，海洋柔性立管就開(kāi)始在石油工業(yè)領(lǐng)域得到使用。柔性立管在海洋工程中具有動(dòng)態(tài)立管、靜態(tài)立管、靜態(tài)輸送管、水下跨接管及膨脹接頭等多種用途。柔性管是由不同材料構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。根據(jù)各層材料結(jié)合方式的不同，大致可以分為粘結(jié)和無(wú)粘結(jié)兩種結(jié)構(gòu)。其中，粘結(jié)柔性管主要是合成橡膠和金屬材料粘合在一起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但工藝復(fù)雜；而無(wú)粘合柔性管主要是聚合物和金屬材料組成，層間允許滑動(dòng)，其中外層和內(nèi)管為聚合物材料，保證

20、流體完整性。由于柔性管具有抵抗大變形、抗腐蝕、安裝方便、可回收等優(yōu)點(diǎn)，在海洋油氣開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。海洋深水柔性管常用無(wú)粘合柔性管，如圖9所示。圖9 海洋工程中常用的柔性管（2）柔性立管的附屬構(gòu)件柔性管終端構(gòu)件是柔性管與其他結(jié)構(gòu)連接的重要組成結(jié)構(gòu)，主要功能是將柔性管鎧裝層的荷載傳遞到其他支撐結(jié)構(gòu)上，同時(shí)能保證聚合層的密封性。為了形成柔性立管懶波形狀，需要再起底部安裝浮力塊。浮力塊主要由兩部分組成：內(nèi)置卡子與復(fù)合泡沫體。另外，為防止柔性立管在于浮式結(jié)構(gòu)頂部連接位置發(fā)生過(guò)度彎曲，常會(huì)用到彎曲加強(qiáng)件，他可以加大柔性立管的剛度，防止立管承受多大彎曲而超過(guò)最小許用彎曲半徑而導(dǎo)致破壞。（3）柔性立管面臨

21、的技術(shù)挑戰(zhàn)柔性立管在海洋工程中應(yīng)用廣泛，但仍存在著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)：（a）柔性管成本1）原材料相當(dāng)?shù)陌嘿F2）加工工藝較為復(fù)雜3）接頭和其他附屬設(shè)備需要專門(mén)定制（b）柔性管的管徑1）多層結(jié)構(gòu)2）結(jié)構(gòu)鎧裝層和骨架層等組分的限制3）柔性管的管徑一直較?。╟）柔性管不耐高溫高壓1）多層結(jié)構(gòu)性質(zhì)2.2 鋼懸鏈線立管（1）鋼懸鏈線立管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)隨著海洋油氣資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)不斷向深水發(fā)展，立管系統(tǒng)在油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)成笨重所占的比重越來(lái)越大，傳統(tǒng)的立管系統(tǒng)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上已經(jīng)不適應(yīng)深水發(fā)展的需要。柔性立管成本高、且不適應(yīng)深水油氣田高溫高壓的生產(chǎn)條件，大直徑的柔性立管的制造受到技術(shù)的限制，發(fā)展較為緩慢。頂張式立管不能順應(yīng)

22、浮體較大的漂移運(yùn)動(dòng)，而且隨著水深的增加，頂張力和浮體垂蕩運(yùn)動(dòng)的步長(zhǎng)也變得越來(lái)越困難，鋼懸鏈線立管的出現(xiàn)有效的解決了上述問(wèn)題。剛懸鏈線立管及海底管線與立管與一身，一段連接著井口，另一端連接著浮式結(jié)構(gòu)，無(wú)需海底應(yīng)力結(jié)構(gòu)或柔性結(jié)構(gòu)的連接，大大降低了水下施工量和難度。立管通過(guò)柔性接頭自由懸掛在平臺(tái)外側(cè)，無(wú)需液壓氣動(dòng)張緊器裝置和跨接軟管，節(jié)約了大量的平臺(tái)空間。因此，與柔性立管和頂張力立管相比，鋼懸鏈線立管的成本低，無(wú)需頂張力補(bǔ)償，對(duì)浮體漂移和升沉運(yùn)動(dòng)的容度大，適用于高溫高壓介質(zhì)環(huán)境。這些特點(diǎn)使得鋼懸鏈線立管取代了柔性立管和頂張式立管而成為深海油氣資源開(kāi)發(fā)的首選立管系統(tǒng)。（2）鋼懸鏈線立管的基本型式自墨西

23、哥灣的第一條鋼懸鏈線立管問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)有數(shù)十條鋼懸鏈線立管在墨西哥灣、巴西坎普斯灣、北海、挪威海、印度海和西非投入使用，開(kāi)創(chuàng)了深水立管系統(tǒng)的新紀(jì)元，為了適應(yīng)不同水深的需要，鋼懸鏈線立管的概念被不斷的發(fā)展和延伸。已經(jīng)出現(xiàn)了4中基本型式：（a）鋼懸鏈線立管-簡(jiǎn)單懸鏈線立管（Simple Catenary Riser）（b）浮力波或緩波懸鏈線立管(Buoyant Wave/ Lazy Wave Riser)（c）陡波懸鏈線立管（Steep Wave Riser）（d）L型立管（Bottom Weighted Riser）其中，緩波和陡波立管是為了減少立管的頂部張力而設(shè)計(jì)的，其隆起部分是由浮力來(lái)實(shí)現(xiàn)，

24、因此，他們的使用水深比簡(jiǎn)單懸鏈線立管更大。（3）鋼懸鏈線立管面臨技術(shù)挑戰(zhàn)鋼懸鏈線立管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)形式也為其設(shè)計(jì)、制造、安裝和安全服役提出了新的挑戰(zhàn)。其中控制鋼懸鏈線立管設(shè)計(jì)和安全服役的因素為頂部和處地點(diǎn)疲勞壽命以及流線段與海底的相互作用。觸底點(diǎn)是鋼懸鏈線立管的特征點(diǎn)-特別是簡(jiǎn)單懸鏈線立管，它是懸垂段與流線段的連接點(diǎn)。當(dāng)浮體在風(fēng)、浪和流的作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸垂段和流線段會(huì)同時(shí)隨浮體運(yùn)動(dòng)，從而引起觸底點(diǎn)巖軸線的變化，同時(shí)也引起流線段與海底發(fā)生相互作用，觸底點(diǎn)的疲勞損傷主要是有浮體運(yùn)動(dòng)和渦激振動(dòng)引起的，海底剛度對(duì)觸底點(diǎn)的疲勞損傷有較大的影響，海底剛度越大，立管與海底相互作用引起的疲勞損傷越嚴(yán)重。而頂部疲勞損傷主要是由波浪引起的。鋼懸鏈線立管的關(guān)鍵技術(shù)主要為：（a）浮體運(yùn)動(dòng)的影響1）一階運(yùn)動(dòng)幅值小，頻率高，引起立管頂部低應(yīng)力疲勞循環(huán)2）二階慢漂運(yùn)動(dòng)將引起立管觸底點(diǎn)的變化，引發(fā)立管的低周疲勞損傷3）浮體的升沉運(yùn)動(dòng)引起觸底點(diǎn)的疲勞損傷（b）與海床相互作用1）立管隨浮體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)流線段于海床發(fā)生相互作用2）管線往復(fù)作用，海底形成溝槽，對(duì)立管的出平面運(yùn)動(dòng)有較大的影響3）大幅漂移時(shí)，流線段的拔出和出平面將受到溝槽的阻力作用，引起立管局部應(yīng)力增大4）懸鏈線處于繃緊狀態(tài)時(shí)、立管張力