第三章 导管架平台总体设计
导管架平台课程设计
导管架平台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解导管架平台的基本概念、分类及在海洋工程中的作用。
2. 学生能够掌握导管架平台的构造、设计原理及其与海洋环境相互作用的关系。
3. 学生能够了解导管架平台的施工技术、检测与维护方法。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析导管架平台的优缺点，并提出改进措施。
2. 学生能够通过团队合作，设计简单的导管架平台模型，提高实际问题解决能力。
3. 学生能够运用专业软件或工具进行导管架平台的模拟分析，提高实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对海洋工程及导管架平台产生浓厚兴趣，培养探索精神和创新意识。
2. 学生能够认识到导管架平台在我国海洋开发中的重要性，增强国家意识和国防观念。
3. 学生能够在学习过程中，培养严谨的科学态度和团队协作精神。
课程性质分析：本课程为海洋工程领域的一门专业课程，旨在帮助学生掌握导管架平台的相关知识，提高实际问题解决能力。
学生特点分析：高二年级学生具备一定的物理、数学基础，思维活跃，求知欲强，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 创设情境，激发学生兴趣，引导学生主动探究和思考。
3. 注重培养学生的创新意识和团队协作精神，提高综合素质。
二、教学内容1. 导管架平台基本概念与分类：介绍导管架平台的基础知识，包括定义、分类、应用场景等，参考课本第二章第一节。
2. 导管架平台构造与设计原理：详细讲解导管架平台的构造、设计原理及主要性能参数，以课本第二章第二节为核心内容。
3. 导管架平台与海洋环境相互作用：分析导管架平台在海洋环境中的稳定性、耐久性等，结合课本第二章第三节。
4. 导管架平台施工技术：介绍导管架平台的施工流程、关键技术及注意事项，以课本第二章第四节为基础。
5. 导管架平台检测与维护：讲解导管架平台的检测方法、维护措施及故障处理，参考课本第二章第五节。
海上固定平台安全规则
海上固定平台安全规则目录第一章总则 (1)第二章平台布置 (3)第三章平台结构 (6)第四章防腐蚀 (10)第五章海上施工作业 (13)第六章钻井系统和油(气)生产工艺系统 (17)第七章通用机械设备及管系 (24)第八章起重机 (33)第九章电气设备及电缆 (36)第十章仪表及控制系统........................ . (43)第十一章生活区 (47)第十二章直升机甲板设施 (49)第十三章防火结构及脱险通道 (50)第十四章火灾与可燃气体探测报警系统及消防系统 (56)第十五章逃生及救生装置 (60)第十六章助航标志及信号 (64)第十七章通信设备 (66)第十八章防污染及噪声、振动控制 (69)第十九章建造检验 (71)第二十章生产期检验 (78)第二十一章安全分析和安全管理系统 (83)第一章总则1.1 宗旨为了减少或避免平台在建造、安装、调试、投产和生产作业、检修、改造直至废弃的全过程中，可能出现的下列损失：人员伤亡,环境污染,设施破坏和财产损失。
根据《海上石油天然气生产设施检验规定》（下称《油（气）生产设施检验规定》）和《海洋石油作业安全管理规定》，制定本《规则》。
1.2 适用范围1.2.1 本《规则》适用于在中华人民共和国的内海、领海、大陆架以及其它属于中华人民共和国海洋资源管辖海域内, 建设和使用的海上固定平台(包括常规导管架平台, 简易平台和无人驻守平台等，下称平台）。
1.2.2 张力腿式、牵索塔式、混凝土重力式等其它类型固定平台其上部生产设施的设计、建造、安装和试运转及生产作业应符合本《规则》的有关规定。
1.2.3“浮式生产储油装置”的安全规则另行颁发。
在其正式颁布执行之前，浮式生产系统、浮式储油装置和其他移动式生产平台其上部设施可参照本规则执行。
1.2.4 平台废弃与拆除的有关规定另行颁布。
1.2.5 本《规则》为平台安全的主要规定; 本《规则》未做规定的内容可适用所用规范、标准中的有关规定。
海洋平台结构设计课件第三章 导管架平台总体设计
2. 钢管桩
钢管桩 导管架
海床
群桩基础把平台固定于海床，可承受各种使用荷载和海洋环境荷载。
3. 甲板结构
板 梁
桁架（立柱）
甲板结构：为海上油气田开发和其它海洋开发提供足够的使用空间， 用来布置各种设施和设备。
4. 设施和设备模块
陆地制作模块 海上
甲板结构
按工艺流程组装模块
现代平台设计通常按照起重机的允许最大吊装能力和工艺流程要求， 将上部设施与设备分成很多模块。
• 二、施工参数
（1）要求预制场地有足够的工作面积 （2）供水供电方便、充足，能正常进行构件制造 （3）要求路上交通有铁路公路相通，水路有码头通航，能够保证 大量材料运进和大型构件运出 （4）要求有足够的工作船和起重机具进行运输安装 （5）平台制造厂技术水平能满足平台制造要求 （6）要求从制造场地到平台服役海域的航线有足够的航行水深
b. 上部设施与设备的重量分布、油井的数量和产量、油井的位 置、辅助设施的位置
c. 海洋环境资料、地质地貌（包括桩的钻孔资料）、可能的施 工方法
三、平台主要轮廓尺度确定
（4）极端环境参数：平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，作 为保证平台生存标准。所选用的荷载重现期均不小于50年
• 四、海底地质参数
（1）平台设计前需进行地质调查： a. 现场海底地貌情况 b. 浅地层剖面 c. 地球物理测量结果 d. 周围土层的分类、年代、成因类型、状态、分布规律 e. 软硬岩土层的接触关系、接触面的坡度和坡向
（2）了解本海域不良工程地质现象：海沟、古河道、断层、海底冲刷情况
（3）分析场地工程地质参数，判定不良地质现象对平台安装的影响
（4）确定适宜的持力层
第二节 导管架平台的构成及分类
海洋平台设计原理-导管架平台
导 管 架 平 台 结 构 专 题
导管架运输与安装
装船与运输方法
吊装装船
拖拉滑移装船 浮运
导 管 架 平 台 结 构 专 题
导管架运输与安装
安装
船舶就位
导管架起吊下水/导管架滑移下水 导管架就位（导管架扶正）
吊桩、插桩
打桩 导管架调平
打桩
导管架最终调平 灌浆
安装附件
平台）；板厚小于50mm的其他结构，用D36钢，但北方大气温度可能低于-20度，
故飞溅区和大气区采用E36钢；普通附属结构，比如井口（conductor guide）、 防沉板采用碳素钢，如Q235或20#钢； 焊接工艺：平台建造的结构焊接标准基本都采用 AWS D1.1。在开始焊接之前， 必须熟悉加工设计图，了解整个结构有多少焊接类型，多少形式坡口，多少板 厚，多少焊接位置； 质量检验
拉筋杆在节点部位采用加厚壁段时(或采用特种钢材),其从节点延伸的长度包括
焊脚在内,至少为拉筋杆直径且不小于610mm；
一般同心管节点采用工作点的偏离不超过D/4,以达到非搭接支杆间具有
51mm
的最小间隙；
当两根及以上管件相交,大直径管应作为连续构件.拉筋杆的装配顺序应由壁厚/
直径确定.壁厚最大的应作为直通构件 ,其他管件按照壁厚递减顺序 ;如壁厚相同 , 则直径较大者作为直通杆件；
防海生物marine growth protection：防止海生物附着于导管架上；
注水系统flooding system：安装时向导管架的密封舱注水，使导管架由 水平状态旋转为直立状态；
登船平台
导 管 架 平 台 结 构 专 题
……
导管架平台简介
发展
1947年，墨西哥湾，6m水深； 1978年，工作水深已达312m； 导管架之最：高度486m；工作水深411m，墨西哥湾； 最主要的固定式平台：钢质导管架式平台。
大型导管架平台技术
5
一、概 述
Drilling Modules
桩基式平台 由钢质桩、导管架和
平台组成。导管架先在陆上预制,浮运或
用驳船拖运到安装地点就位,然后打桩将
导管架固定，导管架顶部安装甲板，所
有设备都安装在甲板上。
Integrated Deck &
二、导管架建造技术
1、导管架-设计
导管架设计的注意事项：
桩的布置位置 吊耳的位置 打桩过程中可能与格床，桩和桩锤干涉 固定立管的位置 . 立管和J形管的路径 X型斜撑非常有效 桩靴用筋板与导管架腿连接 避免重叠结头 尽可能减少管的数量 . 估计阳极块和涂料重量
15
二、大型导管架设计、预制和安装技术
（大型导管架）进行建造。导管架装载并固定在驳船上。在海上驳
quay of a fabrication site. The jacket is loaded-out and fastened aboard a barge. At the offshore
船被锚固海上起重船旁边的区域。导管架吊离驳船，水平放到，
预制载荷
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二、导管架建造技术
1、导管架-设计
导管架设计的主要内容
导管架设计标准：
API RP2A (WSD) (LRFD): USA NORSOK: Norway ISO199XXX: international
极限状态：
极限载荷状态ULS 变形极限状态SLS 事故极限状态ALS 疲劳极限状态FLS
Norway Training
8
二、导管架建造技术
1、导管架-设计
导管架的主要功能（Ja提供支撑并保持稳定
LW3—1中心平台导管架ODP结构方案设计
合 理 的范 围内，显 得非常 重要 。
５ ４卷
增刊 ２
５ ４卷 增 刊 ２ ２ ０ １ ３年 １ １月
中 国 造 船 Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｂ Ｕ Ｉ Ｌ ＤＩ ＮＧ ＯＦＣ ＨＩ Ｎ Ａ
Ｖｏ １ ． ５ ４ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ２ ＮＯ Ｖ ． ２ Ｏｌ ３
文章编号 ：１ ０ ０ ０ － ４ ８ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ￥ ２ ． ０ ０ ８ ８ ． １ ０
的重量 控制到最 小 ，使其 能够利 用 国 内运输 资源 顺利完 成运 输 、安装 ，成 为工程 前期结 构方 案设计 的
一
大难 点 ；
（ ２ ）导 管架 下水扶 正过 程 中必须 克服 自身 巨大 的重量 漂浮 在水 中 ，为 了获得足 够 的浮 力 ，需要 将 导管 架 的杆件 做得 粗大 。但这 容 易引起 导管架 结构重 量 的增加 ，使其 超 出运 输驳船 的极 限。因此 ，
积大 ，设备 多 ，设 备加 结构 白重 重量 巨大 ，采 用浮托 法 运输 安装 。重控 统 计上 部组 块 浮托 重量 约 为
２８ ８ ０ ０ ｔ 。
导管 架属 于大水 深导管 架 ，重量大 ，采用 驳船 运输 ，滑移 下水 。 本工 程导 管架设 计 的难 点在 于 ： （ １ ）本 中心平 台位于 南海 ，其环 境特 点是 ：水深 （ ２ ０ ５米 ） 、浪 高 、风速大 （ 夏天 台风 频繁 ） 。 为 了能让 导管架 在使用 寿命 内抵 御南海 的极 端环境 条件 ，保 证 导管架 的安 全 ，并满 足该 中心平 台 的正
海洋平台设计课程讲义(导管架平台)-甘进
管
¾动力分析（Dynamic analysis）
架
平
¾疲劳分析（Fatigue analysis）
台
¾地震分析（Seismic analysis）
设
¾波浪拍击（Wave slam）
计
专
¾涡流激震（Vortex shedding），需分别考虑在位期
题
间、建造期间、运输期间。
导管架平台设计分析内容
¾安装分析（Installation analysis）
板结构中，设备在结构建造后安装。在模块化结构中，先建造甲板基础结构， 然后将设备模块起吊并固定在基础结构之内或之上。
导
管
架
平
台
设
计
专
题
导管架平台结构设计
¾导管架结构
导管架是导管架式平台的支撑结构。导
管架结构是由钢管或型钢焊接的构架，实
导
际是由三个方向的平面板架或平面桁架组 成的一个三维空间桁架结构。
管 进行总布置，计算总体性能，绘总体图，编写总体说明书、总体性能计算书以
及相关的试验成果报告等。总体设计要考虑整个平台的综合平衡，协调处理各
专业的要求，解决各专业之间可能出现的矛盾，以达到整体设计的合理性；
架
平
台 ¾结构设计：根据总体设计确定的结构型式，选择各部分的结构型式，确定其
设 尺寸，进行构件布置，绘结构图，进行结构计算，编写结构计算书和说明书，
结构设计包括整体结构设计和各部分结构设计；
计
专 ¾工艺设计：根据生产工艺要求，对工艺、设备、材料、布置、流程等内容进
行设计，编写工艺说明书及各种规格书（specification）。
题
导管架平台设计
海上固定平台安全规则(DOC 110页)
海上固定平台安全规则(DOC 110页)第一章总则1.1 宗旨为了减少或避免平台在建造、安装、调试、投产和生产作业、检修、改造直至废弃的全过程中，可能出现的下列损失：人员伤亡，环境污染，设施破坏和财产损失。
根据《海上石油天然气生产设施检验规定》（下称《油（气）生产设施检验规定》）和《海洋石油作业安全管理规定》，特制定本《规则》。
1.2 适用范围1.2.1本《规则》适用于在中华人民共和国的内海、领海、大陆架以及其它属于中华人民共和国海洋资源管辖海域内，建设和使用的海上固定平台（包括常规导管架平台、简易平台和无人驻守平台等）。
1.2.2 平台在设计、建造、安装、检验、试运等各个阶段及生产作业过程中，平台作业者、设计单位、建造单位、油（气）生产设施发证检验机构（下称发证检验机构）和检验机构都应执行本《规则》的有关规定。
1.2.3 张力腿式、牵索塔式、混凝土重力式等其它类型固定平台其上部生产设施的设计、建造、安装和试运转及生产作业应符合本《规则》的有关规定。
1.2.4 “浮式生产储油装置”的安全规则另行颁布。
在其正式颁布执行之前，浮式生产系统、浮式储油装置和其它移动式生产平台其上部设施可参照本《规则》执行。
1.2.5 平台废弃与拆除的有关规定另行颁布。
1.2.6本《规则》颁布前已投入使用的平台其技术条件应符合原来采用的规范、标准的要求；但其改装、改建部分和平台作业中的检验应执行本《规则》的有关规定。
若由于一些合理的原因，在上述工作中不能满足本《规则》的要求时，平台作业者必须事先向中国海洋石油作业安全办公室（下称安全办公室）提出不满足要求的神情，待批准后方可进行工作。
1.2.7本《规则》为平台安全的主要规定；本《规则》未作规定的内容可根据所用规范、标准中的有关规定执行。
本《规则》允许作业者依据平台实际条件，依据先进的系统安全理论、方法和最新的技术，遵循国外先进的海上设施安全条例和安全分析规范，采用不同于本《规则》的对策，应首先进行科学的和系统的安全分析，用分析和数据证明所采用对策的可靠性，证明该对策所承担的风险及其风险值符合最低合理可行的原则；作业者还必须向中国海洋石油作业安全办公室（下称安全办公室）提出正式的书面专题申请，并附安全分析文件，待安全办公室批准后方可实施。
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甲板的层间高度，一般按设备高度等确定， 下层甲板与底层甲板之间净高度取 3.5~3.7m，下层甲板与主甲板之间净高度 取5.5~6.1m。
主甲板布置不宜太高，以不妨碍浮吊把模 块和设备吊到甲板上为限。
2 支承结构轮廓尺度确定
（1）导管架的顶高程
平台方位依据主导风向、波向、流向、海冰方向， 以及使用要求综合确定。
遵循以下原则： 1 有利于抵抗海洋环境荷载作用 2 便于工作船停靠 3 要满足平台上部设施与设备工艺布置的要求
二、平台支承结构的型式设计
1 导管架结构型式与撑杆布置
导管架按腿柱的多少分类： 三腿柱导管架：等边三角形布置，主要用于井口
4 设施和设备模块
按起重机的允许最大吊装能力将上部设施与设备 分为若干模块。模块在陆上制作好后，吊运到平 台上组装。
二、导管架平台分类
井口平台 生产处理平台 泵站与压缩机平台 生活平台 火炬平台 集油（气）平台 注入平台 综合平台 其他种类平台
三、导管架平台的特点
（1）结构受力状态好，结构制造方便，有利于防腐， 减轻结构重量。
作用： （1）作为打桩定位和打桩导向 （2）架设临时施工平台 （3）增加结构抗倾覆力矩 （4）附属设施的支撑，系靠船设备
2 钢管桩
钢管桩是一根细长的焊接圆管，它通过导管架腿 柱打入海床，由若干根单桩组成群桩基础。
3 甲板结构
位于桩顶以上，由板、梁、桁架或立柱构成的支 撑框架结构。
作用：提供使用空间，在其上布置设施和设备。
动及防火的措施
二、施工参数
预制场地有足够的工作面积；供水供电方便、充足，能 正常进行构件制造；水、陆交通方便；有足够的工作船 和起
三、海洋环境参数
包括：产生荷载作用的风、浪、流等，影响工作的风、 雨、雪等，影响平台寿命的地基土壤、海水腐蚀性等。
保护平台、火炬塔支承平台。 四腿柱导管架：腿柱布置呈正方形或矩形，4条腿
柱等斜度或一侧垂直另一侧倾斜。主要用于井口 保护平台、生活平台、压缩机平台等。 八腿柱导管架：腿柱按矩形布置，呈双斜对称型 式，每行4条腿柱，主要用于综合平台，其甲板面 积大。 此外还有6、9、12、16、24腿柱的导管架，世界 总趋势是向少腿柱发展，目前大多数是4腿柱和8 腿柱。
第二节 导管架平台的构成及分类
一、导管架平台的构成及各部分的作用
导管架平台
导管架 支承结构
钢管桩
甲板 上部设施 与设备 设施和设备
1 导管架
由腿柱和连接腿柱的纵横杆系所组成的空间构架。
腿柱又称导管，是中空的，钢管桩通过腿柱打入 海床，以便固定导管架。
纵向与横向连接杆称为支撑，用于传递水平荷载， 保证结构稳定性。
裙桩布置用于水平荷载对地基引起的倾覆立即占 地基总负载相当大比例的情况
3 导管架结构型式选择的依据
最基本的参数是水深、平台上部设施与设备重量、 上部设施与设备需要的空间（甲板面积）。
掌握上部设施与设备的重量分布、油井的数量、 产量和位置，辅助设施的位置。
了解海洋环境资料、地质地貌、可能的施工方法。
第三章 导管架平台 总体设计
第三章 导管架平台总体设计
总体设计：按一般的设计准则、法规和标 准处理平台上部设施和设备的工艺布置与 支承结构选型的总体问题。
目的：寻求平台总体的最优设计方案。 平台设计过程就是反复进行工艺布置与结
构选型的过程。
第一节 设计参数
平台使用参数 施工参数 海洋环境参数 海底地质参数
三、平台主要轮廓尺度确定
1 上部结构轮廓尺度的确定
1）甲板面积 主要取决于使用要求、上部设施、设备的工艺布
置、设施与设备的外形尺寸。
还要考虑海上平台要具有一定的自持能力及二次 采用所需要增加设施的空间。
人员的安全操作、设备维修、着火源的保护及危 机情况下人员逃生的安全空间。
一般较大型的平台甲板都是采用分层布置，以增 加使用面积，减小平面尺度。
工作环境参数：平台在施工和使用期间经常出现的环境 参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准。
极端环境参数：平台在使用年限内，极少出现的恶劣环 境参数，作为保证平台生存标准。其选用的各种荷载重 现期均大于平台使用年限，我国规范规定不小于50年。
四、海底地质参数
海底地貌、浅地层剖面、土层的分类、分布等，软硬岩 土层的接触关系，本海域不良工程地质现象。根据这些 资料分析地质参数，确定适宜的持力层。
撑杆布置
K型撑杆、X型撑杆 X型撑杆可采用细长杆件，
减少导管架总重量，但焊 接点多，焊接工作量大。
K型撑杆重量增加，费用低
一般深水海域和地震海域 采用X型撑杆
2 桩基布置型式
边桩：把桩均匀的布置在导管架底部的四周 裙桩：把桩布置在导管架四个角柱的周围 应用：
边桩布置用于平台上部竖向荷载显著大于水平荷 载引起的倾覆力矩对地基的作用
（2）适于水深、浪高、风大的恶劣环境。 （3）能解决海上打桩定位和施工期间稳定桩基，导
管架作为桩基的一部分，能保证结构整体稳定。 （4）陆上分块预制、海上组装，缩短海上吊装时间，
节省投资。 （5）技术成熟、平台适用性强。
第三节 平台的方位、结构形式及主 要尺寸设计
一、平台的方位设计
平台方位：是指在标明正北方向的平面图上，平 台主轴与正北方向的夹角。
一、平台使用参数 主要包括平台的用途和工艺要求。
使用年限 平台设置的位置及该位置的水深 是否有人居住，如有人居住，居住人数、人员上
下平台方法及紧急撤离方法 平台工艺布置要求及处理方法 供应船的尺寸、停靠方式，直升飞机的型号及停
泊场的布置，起重设备能力及数量 油（气）井的数目、间距 保证工作人员和设备的安全、防止污染、减少振
平台甲板平面一般分为中央甲板区和悬臂甲板区。
2）甲板高程
底层甲板下缘和波峰之间要保持一定空隙，底层甲 板下缘的高程：
设计高潮位 Ht 一般取高潮累积频率10%的潮位。 设 可计能波值高。HW 通常为50年或100年重现期最大波高的 一般取值范围1.0~3.0之间。 有冰海域的平台，确定底层甲板高程要考虑平台前