Spar平台与刚性立管及浮力罐耦合动力研究综述

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SPAR平台立管相互碰撞的有限元分析

同的立管模型做了大量的测试，些大尺寸的测试已那经提供大量的试验数据发展半经验公式来预测立管碰撞，并且用数值的方法计算出不同工况下立管碰撞的参与质量，并与由群变换理论推导出来的公式进行对
基金项目：上海市科委重大基础研究课题（号：５１０１编０ＤＪ４０）
目前，大多数的研究在求解ＳＡＰＲ平台立管之间碰撞的结构响应时，是假设另外一个构件为刚性体，都这实际上就是在研究立管与刚性构件碰撞的结构响应问题，实际情况并不是这样，立管碰撞的瞬问，立而在两管均有不同程度的变形，此都视为变形体处理比较因合理；再者，绝大多数的研究都是考虑立管的正碰撞情况，立管斜碰撞研究甚少。在本文中，碰撞包括立对斜
摘要：以ＳＡＰＲ平台中立管与立管碰撞为研究对象，采用三维有限元模拟碰撞过程，并采用显示动力求解结构
的最大碰撞力及最大碰撞应力，计算且讨论了内压、碰撞时立管之间的夹角、碰撞时立管速度之间的夹角及摩擦对立管碰
撞的影响。结果表明一定的内压值可以使立管在径向更不容易破坏，对于带有保护层的立管，不同角度碰撞对大碰撞应力比较小，最摩擦对立管碰撞影响不是很大。关键词：ＳＡＰＲ平台；立管碰撞；有限元；撞力及应力碰
虑了立管碰撞时的不同角度。

Spar平台简述分析

一、Spar的总体结构
• • • • 上部组块主体结构立管系统系泊系统
Spar平台组件
2
上部组块（顶部甲板模块） ——平台生产和生活的中心
Spar平台的上部组块通常有2~4层矩形甲板结构组成，用来进行钻探、油井维修、产品处理或其他组合作业。 Spar平台一般设有油气处理设备、生活区、直升机甲板以及公共设施等，根据作业设计要求，也可以在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔以及完成平台的钻探、完井和修井作业。
• 典型的Spar平台从上到下主要分为硬舱、中段、软舱。
4
• 平台主体从主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分为硬舱，它是一个大直径的圆柱体结构，中央井贯穿其中，设有固定浮舱和可变压载舱，为平台提供大部分浮力，并对平台浮态进行调整。 • 中段是指平台主体从可变压载舱底部至临时浮舱定甲板之间的部分，它是桁架结构，在桁架结构中设置2~4层垂挡板，以增加平台的附加质量并附加阻尼，提高稳性。 • 平台主体中段以下的部分是软舱，软舱主要设置固定压载舱，以此减低平台重心，同时为Spar平台自行竖立过程提供扶正力矩。 • 此外，主体外壳上还安装2~3列螺旋侧板结构，以减少平台的涡激振动，改善平台在涡流中的性能。
有较大的水平回复力，减小了平台的水平位移。具有较小的刚度，降低了缆绳的拉伸程度。缆绳的轴向刚度随轴向张力及里的作用时间而变化，容易偏移，分析起来比较复杂。缆绳容易打滑而产生蠕变，只能作为悬浮部分，而不能预放于海底，安装起来也很复杂。常用的合成材料有聚酯材料，聚酰胺材料，高模数聚乙烯材料三种。缆绳可以是螺旋状，平行股式和六股式。
2、稳定性能
• 与TLP平台不同， Spar平台的稳定性不是从系泊系统获得的，Spar平台的重心大大低于浮心，即使横摇和纵摇到最大角度， Spar平台也是个稳定系统。而TLP平台稳性主要由上部结构、张力腿和锚基等决定。

SPAR平台系泊系统的时域耦合分析

SPAR平台系泊系统的时域耦合分析
时域耦合分析是对平台系泊系统中各个部件之间的相互作用进行研究和分析的过程。

其中，SPAR（单点锚链系泊系统）是一种常用的海洋结构物系泊系统，具有非常重要的应用价值。

在SPAR平台系泊系统中，平台体、锚链和锚线等部件之间存在耦合作用，因此需要进行时域耦合分析以评估系统的稳定性和安全性。

首先，进行时域耦合分析时，需要考虑平台体、锚链和锚线之间的力学关系。

平台体受到波浪、风力等外部力的作用而产生运动，锚链和锚线则通过系泊系统与平台体连接，对平台体进行限制和支撑。

因此，系统的动态响应会受到这些部件之间的相互作用影响。

在时域耦合分析中，通常采用数值模拟的方法来对系统进行建模和计算。

通过将平台体、锚链和锚线等部件的运动方程耦合在一起，可以模拟系统在不同环境条件下的动态响应。

根据波浪、风力等外部力的变化，可以计算出平台体的运动情况、锚链和锚线的受力情况等关键参数，从而评估系统的稳定性和安全性。

在实际工程中，时域耦合分析对于设计和优化SPAR平台系泊系统至关重要。

通过分析系统在不同条件下的响应情况，可以确定合适的锚链长度、材料和数量，优化整个系泊系统的设计。

另外，时域耦合分析还可以评估系统在恶劣环境下的抗风、抗浪性能，为平台的运行与维护提供重要参考。

总的来说，时域耦合分析是对SPAR平台系泊系统进行综合评估和优化的重要手段。

通过该方法，可以更好地理解系统中各部件之间的相互作用关系，为系统设计和运行提供科学依据，提高系统的安全性和稳定性。

在未来的研究中，可以进一步探讨不同耦合方式的影响、引入非线性效应的分析等方面，促进SPAR平台系泊系统的发展和应用。

spar平台

小平台是生产和生活的中心，一般分为二层或三层的模块结构，甲板形状为矩形。

各个甲板之间用立柱和斜撑结构连接固定。

平台主体顶部装有立柱基座，与主体的垂直防水壁形成一个整体，平台上体的主支撑立柱直接与立柱基座对接，并贯入主体内部以便达到较好的固定效果。

生产和生活设施基本上按照传统平台的甲板布局方式布置，根据设计要求，可在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔，以完成平台钻探、完井和修井作业。

主体：1.Classic spar：是一个在水中垂直悬浮的圆柱体，整体直径较大，主体尺度一般都在100m以上，重心位于水线面以下很深的位置。

庞大的主体内部采用垂直隔水舱壁和水平甲板分隔成多层多舱结构，并具有各自的功能。

分为：硬舱、中段和软舱。

硬舱：主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分称为硬舱。

z硬舱位于主体的上部，是整个spar平台系统的主要浮力来源。

这部分中的舱室分为固定浮舱和可变压载舱。

z在靠近水线面处的浮舱外层还布置有双层防水壁结构，在平台撞击损坏时能够起到保护浮舱的屏障作用。

中段(midsection)：可变压载舱底部至临时浮舱顶甲板之间的部分称为中段。

其功能是刚性连接spar平台主体硬舱和软舱，并且保护中央井中的立管系统不受海流力的影响。

z中段部分最主要的两个结构是外壳体和内壳体，外壳体位于主体的最外侧，负责保护主体内的舱室，贯穿整个中段部分，这就是平台的储油舱。

z另外，spar平台的系泊索与平台主体的连接点也位于中段，中段的主体外侧装有定滑轮结构的导缆器。

软舱(soft tanks)Spar平台主体在中段以下的部分称为软舱。

Spar平台的压载大部分由软舱提供。

软舱中的舱室分为固定压载舱和临时浮舱。

Truss spar桁架结构：z是一个类似于导管架(jacket)结构的空间钢架，同传统Spar的金属圆柱中部结构相比，可以节省50％的刚才。

z通常由无内倾立腿，水平撑杆，斜杆和垂荡板(Heave plate)组成。

桁架中的管状部件在整个Spar的使用过程中均产生浮力。

spar平台的发展现状及未来发展趋势

SPAR平台的发展现状及未来发展趋势一：前言在过去的二十年中，人们对石油的需求量急剧增长。

随着陆上石油资源日趋枯竭,海洋石油成为人类重要的能源来源之一,已探明的海洋石油储量80 %上在水深500m 以内,除了少数海域外,大部分地区的近海油气资源已日趋减少,向深海开发油气已成必然趋势,深海平台技术也成为国际海洋工程界的一个热点。

许多新型适应深海海洋环境的平台结构不断涌现,如顺应式平台、张力腿平台、浮式生产储油装置、SPAR 平台等。

与其它平台技术相比，SPAR平台具有以下特点：1.可以应用于深达3000m水深处的石油生产。

2.具有较大的有效载荷。

3.由于其浮心高于重心，因此能保证无条件稳定。

4.可以低成本储藏石油。

5.壳体可以是钢结构或水泥结构。

6.系泊系统的建造，操纵和定位较为容易。

正因为SPAR平台具有上述特点，它能很好地满足深度为500m至3000m水域中的石油生产及储藏，已经逐渐变为最具吸引力和最有发展潜力的平台形式之一。

二：SPAR平台的发展现状SPAR平台应用于海洋开发已经超过30年的历史，但在1987年以前，SPAR平台主要是作为辅助系统而不是直接的生产系统。

到目前为止SPAR平台已经发展到第三代..1.传统SPAR平台(Classic Spar)30年前就在海洋工程中得到应用的SPAR平台那时只是一种储油和卸油的浮筒。

l987年,Edward E. Horton在柱形浮标和张力腿平台概念的基础上提出一种用于深水的生产平台,即单柱平台。

这种设想于1996年被应用于墨西哥。

传统SPAR平台的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。

其中水线以下部分为密封空心体，用以提供浮力,称为浮力舱,舱底部一般装压载水或用以储油（柱内可储油也成为Spar平台的显著优点),中部由锚链呈悬链线状锚泊于海底。

世界上第一座传统型SPAR平台是于1996年建成的Neptune平台。

2.桁架式SPAR平台(Truss SPAR)第二代的桁架式SPAR平台的概念是Deep Oil Technology (DOT)公司和Spar International公司从1996年起经过大量的工作,历时5年后提出的,并于2000年2月份第一次应用于Nansen/Boomvang油田。

SPAR研究现状及发展展望

S P A R研究现状及发展展望内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）SPAR研究现状及发展展望随着陆上石油资源日趋枯竭,海洋石油成为人类重要的能源来源之一,已探明的海洋石油储量80%上在水深500m以内,除了少数海域外,大部分地区的近海油气资源已日趋减少,向深海开发油气已成必然趋势,深海平台技术也成为国际海洋工程界的一个热点。

许多新型适应深海海洋环境的平台结构不断涌现,如顺应式平台、张力腿平台、浮式生产储油装置、Spar平台等。

Spar平台由于其灵活性好、建造成本相对较低、运动性能优良,在各种深海采油平台中脱颖而出。

南海海域是世界四大油气聚集地之一,石油可采量约为100亿t,占我国油气资源总量的1/3,而其中70%蕴藏于深水。

我国海洋石油目前的开发水深仅仅在200m水深范围,深海平台技术与先进国家存在较大差距。

目前我国正积极致力于适宜南海环境的深海采油平台结构的研究,由于南海环境与墨西哥环境的相似,以及Spar平台在墨西哥湾的成功应用,Spar平台成为南海深海采油平台首选形式之一。

1Spar平台简介1.1Spar平台发展回顾当前世界上在役和在建的Spar平台可分为三代，按其发展的时间顺序排列分别是：ClassicSpar、TrussSpar和CellSpar。

Spar平台在1987年之前被作为浮标、海洋科研站、海上通信中转站、海上装卸和仓储中心等辅助系统使用。

1987年EdwardE.Horton设计了一种特别适合深水作业环境Spar平台,被公认为现代Spar生产平台的鼻祖。

1996年,KerrOMcGee公司的Neptune ClassicSpar（经典式）建成并投产,完成了Spar从设计构思向实际生产的转变。

随后在1998年和1999年GenesisClassicSpar和HooverClassicSpar相继建成投产。

2001年,ClassicSparDeepOilTechnology(DOT)公司和SparInternational经过大量研究工作,提出桁架式Spar——TrussSpar（构架式）的概念,并应用于Nansen/Boomvang油田。

SPAR研究现状及发展展望

SPAR研究现状及开展展望随着陆上石油资源日趋枯竭,海洋石油成为人类重要的能源来源之一,已探明的海洋石油储量80 %上在水深500m 以内,除了少数海域外,大局部地区的近海油气资源已日趋减少,向深海开发油气已成必然趋势,深海平台技术也成为国际海洋工程界的一个热点。

许多新型适应深海海洋环境的平台结构不断涌现,如顺应式平台、张力腿平台、浮式生产储油装置、Spar 平台等。

Spar 平台由于其灵活性好、建造本钱相对较低、运动性能优良,在各种深海采油平台中脱颖而出。

南海海域是世界四大油气聚集地之一,石油可采量约为100 亿t ,占我国油气资源总量的1/ 3 ,而其中70 %蕴藏于深水。

我国海洋石油目前的开发水深仅仅在200m 水深范围,深海平台技术与先进国家存在较大差距。

目前我国正积极致力于适宜南海环境的深海采油平台结构的研究,由于南海环境与墨西哥环境的相似,以及Spar 平台在墨西哥湾的成功应用,Spar 平台成为南海深海采油平台首选形式之一。

1 Spar平台简介1.1 Spar 平台开展回忆当前世界上在役和在建的Spar平台可分为三代，按其开展的时间顺序排列分别是：Classic Spar、Truss Spar和Cell Spar。

Spar 平台在1987 年之前被作为浮标、海洋科研站、海上通信中转站、海上装卸和仓储中心等辅助系统使用。

1987 年Edward E. Horton 设计了一种特别适合深水作业环境Spar 平台,被公认为现代Spar 生产平台的鼻祖。

1996 年,Kerr O McGee 公司的Neptune Classic Spar〔经典式〕建成并投产,完成了Spar 从设计构思向实际生产的转变。

随后在1998 年和1999 年Genesis Classic Spar 和Hoover Classic Spar 相继建成投产。

2001 年,Classic Spar Deep Oil Technology (DOT) 公司和Spar International 经过大量研究工作,提出桁架式Spar ——Truss Spar〔构架式〕的概念,并应用于Nansen/Boomvang 油田。

SPAR平台立管系统设计分析

SPAR平台立管系统设计分析SPAR平台是现代海洋工程中常用的一种油气生产平台类型，具有结构简单、施工方便、维护便捷等特点。

SPAR平台采用立管系统进行油气生产，立管系统设计合理与否对平台的运行稳定性和生产效率有着重要影响。

下面将对SPAR平台立管系统的设计进行分析。

SPAR平台立管系统主要包括上行管、下行管、补给管、处理管等若干部分，其中上行管是从井口向生产平台传输原油和天然气的管道，下行管是从处理装置向水下井口传输能源的管道，补给管主要用于向SPAR平台提供水、电等资源，处理管用于对原油和天然气进行处理。

在设计SPAR平台立管系统时，需要考虑以下几个方面。

首先，立管系统的布局应合理。

SPAR平台一般采用单立管或双立管系统，单立管系统适用于水深较浅的情况，双立管系统适用于水深较深的情况。

在选择立管系统布局时，需要考虑到海洋环境、生产工艺、维护保养等因素，保证生产平台的安全和高效运行。

其次，立管系统的材料和工艺应具备耐腐蚀、高强度等特点。

SPAR 平台位于海洋环境中，受到海水、海风、海浪等多种环境因素的影响，因此立管系统的材料必须具备良好的耐腐蚀性能，能够长期在恶劣环境条件下保持稳定运行。

此外，立管系统的工艺应当具备高强度、耐压等特点，以确保管道在运行过程中不发生泄漏或断裂等情况。

再次，立管系统的尺寸和布设应根据实际情况进行合理设计。

立管系统的尺寸应能够满足油气生产的需求，同时保证垂直交错布设，减少系统的阻力损失，提高油气的产量和生产效率。

此外，立管系统的布设应符合安全规范，避免管线之间的相互干扰，确保生产平台的安全运行。

最后，立管系统的监测和维护应及时有效。

SPAR平台立管系统在运行过程中可能会受到海洋环境、腐蚀、水合物等因素的影响，因此需要进行定期检查和维护，及时发现和解决问题，确保立管系统的稳定运行。

此外，还需要配备相应的监测设备，对立管系统进行实时监测，及时应对突发情况，保证生产平台的安全性和可靠性。

S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

由于其圆柱形浮体延伸至水面以下相当深度处，水
面波浪对其影响小，构运动的固有频率远离波浪结的峰值频率，而适用水深范围较大（于１８０因大０ｍ）有效载荷较高，动性能、，运稳定性及受力情况较好；此外，ｐｒ台可以采用刚性立管和干采油Ｓａ平
粘滞阻尼都能得到提高，以有效地改变垂荡运动可周期，其远离波浪周期，而避免垂荡共振的使从
（ｌｄｒＳａ）台。Ｓｅｅｐｒ平ｎ
１ＳＳａ平台概念 —ｐｒ
ＳＳａ平台总体结构如图１所示。ＳＳａ —ｐｒ —ｐｒ平台的主体长度为１０ｉ，结构形式和主体尺寸都８ｉ其１介于ＣａｓｐｒＴｕｓＳａ平台之间，中央ｌｓｉＳａ和ｒｓｐｒｃ但井中段采用了圆柱形以减小环境载荷对平台的作用，并在中段上布置了垂荡板。采用这种变壳体形状和垂荡板技术， —ｐｒ平台的垂荡附加质量和ＳＳａ
树也是优点之一。目前Ｓａｐｒ平台已经由第一代
Ｃａｓｐｒ台、二代Ｔｒｓｐｒ台发展到ｌｓｉＳａ平ｃ第ｕｓＳａ平
量，但在深水应用时必须采用轻质金属制作浮筒，这无疑将增加投资成本。结合上述两种Ｓａ平台的ｐｒ

海洋平台30题答案

海洋平台30题答案红字的为待完善或不确定的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？固定式平台导管架平台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）。

半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张⼒腿式平台（TLP）：2.海洋平台有哪些类型？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.设计半潜式平台的关键技术有哪些？总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。

（深⽔半潜式）4.设计SPAR平台的关键技术有哪些？⽬前对Spar平台的研究主要集中在平台动⼒响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作⽤的耦合分析,同时,浮⼒罐与⽀架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之⼀5.海洋平台的设计载荷分为哪三类？各类载荷的定义？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。

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。

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。

6.在导管架平台建造过程中常见的施⼯措施有哪些？吊装⼒：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊⼒。

装船⼒：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。

运输⼒：驳船装运&浮运，⽀撑⼒&拖航⼒。

下⽔⼒和扶正⼒：导管架平台安装。

安装期地基反⼒：地基的⽀撑⼒。

7.在海洋平台服役的过程中使有载荷有哪些？同下8.试分析活动载荷和固定载荷有哪些？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。

S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

S-Spar平台方案设计及水动力性能研究于卫红;黄维平【摘要】针对我国南海特殊的环境条件,结合Classic Spar和Truss Spar平台的优点,设计了一种新型Spar平台--S-Spar平台.S-Spar平台采用圆柱形中央井壁连接软、硬舱,并在连接段的中央井外设置了垂荡板:能够有效避免立管等设施因内波高流速引起的严重的涡激振动,还可以安装更长的浮筒,提供较大的顶张力,因而能适应更大的作业水深.以南海1500 m水深环境条件进行了方案设计和水动力研究.S-Spar平台的有效载荷与Truss Spar平台相当,其圆柱形中央井的承压能力优于Truss Spar平台方形截面中央井;S-Spar平台纵荡、垂荡和纵摇运动的固有周期都远离南海波浪周期范围,且避开了纵摇的不稳定区,因此具有良好的运动性能,适合在南海海域使用.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2010(022)004【总页数】6页(P279-284)【关键词】S-Spar平台;方案设计;水动力性能;南海;内波;垂荡板【作者】于卫红;黄维平【作者单位】中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室;中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室【正文语种】中文适用于深海环境作业的诸多平台中,Spar平台由于其圆柱形浮体延伸至水面以下相当深度处,水面波浪对其影响小,结构运动的固有频率远离波浪的峰值频率,因而适用水深范围较大(大于1 800 m),有效载荷较高,运动性能、稳定性及受力情况较好[1];此外,Spar平台可以采用刚性立管和干采油树也是优点之一。

目前 Spar平台已经由第一代Classic Spar平台、第二代 Truss Spar平台发展到第三代Cell Spar平台[2-3]。

各代Spar平台之间的区别主要集中在主体结构上。

Classic Spar平台主体结构为一长封闭式单柱圆筒结构,直径为20～40m,吃水可达200m[4],由于圆柱形浮体延伸至水面以下相当深度处,水面波浪对其影响小,运动性能、稳定性及受力情况较好,适合深水使用,但较长的大直径壳体使平台的有效载荷降低,且要承受较大的环境载荷,特别是内波载荷[5]。

Spar平台简述总结

6
• Spar平台的立管系统主要由生产立管、钻探立管、输出立管以及输送管线等部分组成。 • 由于Spar的垂荡运动很小，不仅可以支持顶部张紧立管（Ten Tension Riser），还可以使每个立管通过自带的浮力罐（buoyancy can）或甲板上的张紧器提供张力支持。浮力罐从接近水表面一直延伸到水下一定深度，甚至超出硬舱底部。 • 在中央井内部，由弹簧导向承座提供这些浮罐的横向支持。 • 柔性海底管线（包括柔性输出立管），可以附着在Spar的硬舱和软舱的外部，也可以通过导向管拉进桁架内部，继而进入到硬舱的中心井中。
Fiber Rope Construction
二、Spar平台的优点
• 与其他浮体结构相比，Spar平台具有很好的稳定性和较好的运动特性。 • 与其他海洋采油平台相比，Spar平台具有三大优势。
• 特别适宜于深水作业，在深水环境中运动稳定、安全性良好。在系泊系统和主体浮力控制的作用下，Spar平台相应的六个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋能量集中频带，显示了良好的运动性能。以Classic Spar为例，其典型的固有周期纵横荡为300~500s ，纵横摇为50~100s，垂荡为30s。在Spar平台投入正式生产的十六年间，六座在役平台经历了各种恶劣的海况，还从未发生过重大的安全事故。例如，1998年9月，世界上的第一座Spar平台—— Neptune Spar就经历了两次台风的考验，其中最大的一次Georges 号台风引起的巨浪高达9.75米，稳定风速为78kn，结果，在台风中对平台运动响应的实际记录比实现预计的响应还要稍小些，整个平台安然无恙，表现出来很好的安全性。 • 灵活性好。由于采用了缆索系泊系统固定，使得Spar平台十分便于拖航和安装，在原油田开发完后，可以拆除系泊系统，直接转移到下一个工作地点继续使用，特别适宜于在分布面广，出油点较为分散的海洋，区域进行石油探采工作。另外，Spar平台动态定位比较方便，即便是处于下桩状态，也可以通过调节系泊索的长度，来使水平面上的一定范围内移动，保证在设计位置上。 • 经济性好。与固定式平台相比，Spar平台由于采用了系泊索固定，其造价不会随着水深的增加而急剧提高。

深海SPAR平台系泊系统耦合动力分析

深海SPAR平台系泊系统耦合动力分析海洋技术第29卷1引言Spar 平台能够很好地满足深度为500～3000m 水域中石油的生产和储存，特别适合深海石油的开采。

已经逐渐变成最具有吸引力和发展潜力的平台形式之一，被很多石油公司列为新一代的海洋石油开采平台。

由于浮体所受的载荷不仅仅来自于海洋环境条件，还受到来自系泊锚链以及立管的力；系泊系统的锚链和立管也不仅受到海洋环境作用力，同样受到由于浮体运动而带来的载荷。

这样，分析浮体或者是系泊系统的动力响应问题时，就不能仅考虑浮体本身或者锚链、立管本身的运动或是受力，还要同时考虑到浮体与锚链、立管的相互作用和影响，即要考虑浮体与系泊系统之间的耦合作用。

美国德州农工大学（A&M ）在世界海洋工程领域一直走在前列。

从20世纪80年代开始，Moo H.KIM 等人就开始从事浮式平台的系泊研究，并开发了浮式平台和缆索、立管耦合分析软件WINPOST ，以及同Offshore Dynamics,Inc.公司联合开发了商业化浮体耦合分析软件HARP 。

Ran ，Z.[1]在2000年对SPAR 和TLP 平台的系泊系统进行了耦合分析，研究了不同形式的SPAR 平台的动力响应并对影响平台动力性能的关键参数进行了研究。

Acrandra [2]在2001年对深海人工聚酯缆绳系泊的浮式平台进行了静力和动力响应研究，考虑聚酯缆的非线性应力应变关系以及几何非线性，并通过对聚酯缆系泊的FPSO 、TLP 和浮筒的动力响应分析验证了程序的有效性。

YOUNG-BOK KIM [3]在2003年对多浮体系泊系统耦合进行了研究，重点讨论了多浮体的水动力影响和多体耦合分析方法，并通过实例研究指出记入多体水动力影响对多浮体系泊系统分析的重要性。

Ormberg 等人[4～6]也做了很多关于深海浮式平台系泊系统耦合计算的研究。

国内船舶和海洋工程界学者对深海浮式结构的系泊也进行了许多研究[7-12]，但大都忽略了系泊系统的三维效应和系泊系统的动力特性，或是忽略了系泊系统的时变特性以及缆索的大变形效应。

海洋平台30题答案

红字的为待完善或不确定的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？固定式平台导管架平台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）。

半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（TLP）：2.海洋平台有哪些类型？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.设计半潜式平台的关键技术有哪些？总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。

（深水半潜式）4.设计SPAR平台的关键技术有哪些？目前对Spar平台的研究主要集中在平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作用的耦合分析,同时,浮力罐与支架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之一5.海洋平台的设计载荷分为哪三类？各类载荷的定义？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。

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。

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。

6.在导管架平台建造过程中常见的施工措施有哪些？吊装力：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊力。

装船力：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。

运输力：驳船装运&浮运，支撑力&拖航力。

下水力和扶正力：导管架平台安装。

安装期地基反力：地基的支撑力。

7.在海洋平台服役的过程中使有载荷有哪些？同下8.试分析活动载荷和固定载荷有哪些？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。

SPAR平台发展与趋势

国外SPAR平台发展现状与趋势研究综述摘要：近些年来，国外海洋油气资源开发的步伐已经逐步迈向深水，很多新型海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，立柱式生产平台（SPAR）就是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一，国内对SPAR平台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。

本文对国外现有17座SPAR平台的发展现状进行综述，对SPAR平台的发展、整体组成和主要特点进行了研究，介绍了SPAR平台的作业海域、作业水深、平台尺度等关键技术参数，对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。

通过分析明确了当前国外SPAR平台的发展现状与趋势，以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。

关键词：立柱式生产平台；深水；上部组块；关键技术参数一、概述随着人类开发海洋的步伐逐渐迈向深海海域，很多新型的海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，SPAR平台就是近年发展起来的应用于深海的浮式平台之一。

自20世纪90年代以来，SPAR平台被应用于人类开发深海油气资源作业中，担负了钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向之一。

目前世界上常用的深水生产装备有FPSO、半潜式生产平台、SPAR、TLP等。

SPAR平台相较于其它深水浮式生产平台，具有稳性好，运动性能更优的特点。

SPAR是一种深吃水平台，因其重心位于浮心下方而具有恒稳性，恶劣海洋环境条件下安全性具有无可比拟的优势。

由于吃水深、水线面积小，SPAR 平台的垂荡运动比半潜式平台小，与张力腿平台相当，在系泊系统和主体浮力控制下，具有良好的运动特性，特别是垂荡运动和漂移小，适合于深水锚泊定位，对系泊系统和立管的相关技术要求相对较低，工程成本具有明显优势。

特别因其优秀的运动性能，使SPAR成为目前主要的适用深水干式井口作业的浮式平台，可大大降低运营周期内的维护费用，深受业主青睐，具有非常好的市场应用前景。

目前世界上建成的SPAR平台有三种类型，按出现的时间顺序分别是：传统型（Classic SPAR）、桁架型（Truss SPAR）、蜂巢型（Cell SPAR），如图1所示。

经典式Spar平台非线性耦合动力响应

对求解结果进行后处理，如绘制时间历程图、频谱图等。
结果分析与解释
01
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响应特性分析
分析平台在海浪作用下的位移、速度和加速度等响应特性。
耦合效应研究
研究耦合效应对平台动力响应的影响，包括平台结构与流体的耦合、平台与海浪的耦合等。
稳定性评估
根据模拟结果，评估平台的稳定性，分析临界条件下平台的响应。
非线性耦合的分类
根据不同的分类标准，非线性耦合可以分为多种类型，如强耦合、弱耦合、时变耦合、参数耦合等。
非线性耦合动力响应模型的建立
基于物理模型的建立
根据实际物理系统的结构和运动规律，建立非线性耦合动力响应模型。
基于经验模型的建立
根据实际系统的试验数据和经验公式，建立非线性耦合动力响应模型。
数值模拟方法
研究经典式Spar平台的非线性耦合动力响应具有重要的理论意义和实际应用价值，可以为Spar平台的优化设计、安全性和可靠性提供科学依据，同时也为海洋工程领域的结构安全和环境保护提供技术支持。
研究现状与发展
目前，国内外学者针对经典式Spar平台的非线性耦合动力响应问题开展了大量研究工作，取得了一定的研究成果。
研究建议与应用前景
建议
针对经典式Spar平台的非线性耦合动力响应研究，建议进一步开展数值模拟和实验研究，探究临界条件和失稳现象的内在机制，为优化设计和稳定性控制提供更为精确的理论模型。
应用前景
Spar平台作为一种常见的海洋结构物，其在海洋能源开发、海洋资源利用、海洋环境监测等领域具有广泛的应用前景。通过对Spar 平台非线性耦合动力响应的深入研究，有望为Spar平台的工程设计、安全运行和优化控
基于经典控制理论和现代控制理论，可以设计合适的控制器和稳定算法来保证平台的稳定性。

Spar平台上组块就位过程多浮体结构动力分析的开题报告

Spar平台上组块就位过程多浮体结构动力分析的开题报告题目：Spar平台上组块就位过程多浮体结构动力分析一、研究背景及目的针对海上风电场建设不断扩大规模的背景下，为了有效降低制造、安装和维修等成本，多浮体式海洋平台逐渐成为一个可持续的解决方案。

在多浮体式海洋平台中，Spar平台被广泛运用于深海区域的建设。

Spar平台施工中的组块就位过程对平台的结构动力特性有很大的影响，因此开展Spar平台上组块就位过程多浮体结构动力分析的研究，对于提高Spar平台的安全性、可靠性和经济性有着重要的意义。

本研究旨在探究Spar平台上组块就位过程中多浮体结构的动力特性，研究包括结构的弹性特性、自然频率、振动模态等方面。

同时，分析桶式基础与Spar平台之间的异体结合对振动特性的影响，为Spar平台设计和制造工艺提供科学的理论依据。

二、研究方法本文首先建立Spar平台上组块就位过程中各个组成部分之间的多浮体结构模型，考虑大气环境、海洋水域及复杂地貌对平台的影响，实现对平台的可靠运行条件的建模。

然后通过ANSYS程序模拟Spar平台上组块就位过程中动态特性的变化情况。

具体的研究方法如下：1. 建立Spar平台上组块就位过程多浮体结构有限元模型；2. 将组块在Spar平台上的内力和受力进行计算和分析；3. 通过有限元分析模拟组块就位过程中的动态变化；4. 分析组块就位过程中的自然频率、振型等动态特性；5. 对Spar平台的振动巨浪和海水冲击等环境因素进行模拟；6. 对各个结构部分的位移响应和应力变化进行分析；7. 根据分析结果提出改进性建议和优化方案。

三、预期成果通过此项研究，可以深入研究Spar平台上组块就位过程中的多浮体结构动力特性，为平台的设计和施工提供重要的理论依据，凸显多浮体式海洋平台的可持续性解决方案，并推动海上风电产业的健康发展。

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究闫发锁;门骥远;彭成【摘要】文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用.%The method to perform coupling analysis for offshore floating wind turbines (OFWT) is developted through integrating hydrodynamic and aerodynamic modules in time domain. Morison method is used for hy-drodynamic computation of floating body and its mooring system, in which relative velocity between structure elements and waves is implemented by the Hybrid Wave Model with second order accuracy. Slender rods theories are applied on the mooring systems, and the aerodynamics load induced by wind turbine is simulat-ed by NREL's code-FAST. Loads and displacements are transferred between the submodules based main-ly on floating body control equations in every time step by Newmark-βmethod. Motion response of a 5MW 3 blades spar type OFWT is predicted with and without FAST to validate the combined program. A compar-ison with results from available3D linear potential flow method in a random sea condition shows that the code is capable of hydro-aero dynamic analysis for OFWT.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2017(021)002【总页数】9页(P159-167)【关键词】浮式风机;动力响应;混合波浪模型;系统耦合【作者】闫发锁;门骥远;彭成【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨 150001;美国德州农工大学土木工程系,大学城 77843【正文语种】中文【中图分类】P752;TK89海洋风能储量丰富，在倡导绿色环保、节能减排的可持续发展的全球背景下，海上风电的开发利用是资源环境与社会可持续发展模式的典型示范，已成为国际可再生能源开发的主力方向。

绷紧式深海系泊缆与上部浮体的耦合动力分析

绷紧式深海系泊缆与上部浮体的耦合动力分析伴随着工业技术日益增长的能源要求,石油天然气的开发逐渐由内陆向深海领域发展,并且已经成为一种必然趋势。

随着中国经济的高速发展,中国油气的消费也在快速增长,中国的油气压力变得越来越大。

因此,发展深海油气不仅对中国实施海洋发展战略有重要的意义,更是缓解油气资源紧缺压力,保障能源安全的必然选择。

FPSO、半潜式平台、张力腿平台(TLP)及单柱式(Spar)平台作为最具发展潜力的新一代海上平台而备受关注,其系泊系统由传统悬链式逐渐转变成新型的绷紧式。

本课题首先对传统的悬链线式系泊缆进行研究。

使用悬链线法对其静力特性进行计算,得出系泊缆与浮体和重块之间静态响应关系,再在此基础上使用集中质量法对其动力特性进行计算,同时还分析了上端点振幅和固有频率对系泊缆运动响应的影响。

然后基于动刚度理论对新型绷紧式系泊缆的动力特性进行计算,得出了节点运动轨迹、张力曲线,还对系泊系统整体的恢复力进行了分析,随后还考虑了海底不平和海底弹性的影响,使用编译的程序进行了计算分析。

除此之外,本课题基于C#编程语言分别开发了悬链式系泊缆和合成纤维系泊缆动力特性的计算可视化软件。

通过导入不同算例计算合成纤维系泊缆的动力特性,得出一定的规律和结论,为以后深入研究新型深海平台系泊系统提供一定的理论依据。

最后基于深水浮式系统锚泊耦合分析软件Sesam对绷紧式深海系泊缆与上部浮体的耦合运动进行计算分析,得到了上部浮体6个自由度方向的运动,分别选取了4缆、8缆和12缆系泊系统进行对比,得出一定结论。