一种新型深海海洋平台--几何形Spar和集成浮力桶的试验研究
17-99 Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究
Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究*刘琳，肖龙飞，杨立军（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要：Spar平台作为新一代顺应式深海浮式平台在海洋资源开发方面的应用越来越广泛，湿拖与扶正是Spar平台最典型的海上安装作业过程。
通过Truss Spar平台湿拖过程水动力性能的模型实验，研究分析湿拖状态下Spar平台的运动性能以及垂荡板上典型位置处的相对波浪升高，为工程实践和进一步的理论与数值分析提供参考依据。
关键词：Truss Spar平台；湿拖；水动力性能；模型实验Spar 平台作为一种顺应式海洋平台已经广泛应用于海洋资源开发。
2001年世界上第一座桁架立柱式平台（Truss Spar）在墨西哥湾安装成功，近些年来越来越多的Truss Spar用于海洋石油开采。
国内外已经开展了很多关于Spar平台在位总体性能的研究，涉及在位运动响应、涡激运动等多个方向。
Hong et al.[1]对传统型Spar平台在波浪频率接近平台垂荡固有频率时的运动响应和系泊载荷进行了研究。
Zhang et al.[2]提出了一种新型的Spar平台概念，并对其进行了数值和实验研究。
Tim et al.[3]通过模型实验分析了雷诺数对Truss Spar平台涡激运动的影响。
李彬彬[4]、陈鹏耀[5]等也对Truss Spar平台进行了研究。
由于Spar平台没有自航能力，所以需要将其从建造地移至作业位置。
湿拖是目前工程上常用的一种方法。
在湿拖过程中，平台通常是水平拖到安装水域的，平台的主体像船一样在波浪中运动。
而在湿拖过程中垂荡板上的水动压力比作业过程中的极限条件下的受力还要大，所以这也是垂荡板设计中重要的控制因素。
另外，平台在湿拖过程中的六自由度运动也是湿拖过程中需要关注的性能，平台六自由度的运动对湿拖的安全性有很大的影响。
Wang et al.[6] 以及Lu et al. [7]对在湿拖状态下Truss Spar平台的强度和疲劳进行了分析，并且通过求解时域水动力模型对平台在湿拖过程中的运动和所受载荷进行了计算。
一种新型Spar平台结构方案设计
optimization
1
新层出不穷，作业水深更加深远。我国积极推进深海
开发技术，深海油气开发装备技术水平不断提高，自
主设计建造新型深海油气开发装备的能力不断增
Spar 平台结构分析
国际上 Spar 平台已发展了三代，分别为：传统式
Spar 平台、桁架式 Spar 平台和多柱式 Spar 平台。
传统式 Spar 平台的结构由顶部模块、主体结构、
中段圆柱结构，桁架上下设置多层垂荡板［3］。桁架结
局限性，设计一种新型 Spar 平台。该新型 Spar 平台不
式 Spar 平台中段结构采用空间桁架结构，代替原来的
需要拖船拖动的情况下实现自航。所以，本文首先分
构减小了水平方向的运动，垂荡板的设置减少了与波
基金项目：江苏省大学生创新训练项目；项目名称：新型 Spar 平台结构设计与模型制作；项目编号：
internal force of beam body is studied in this paper to determine the optimal lateral distance, which provides reference
for the similar engineering design.
the spatial model of the box girder bridge with special- shaped curve is established by MIDAS/FEA software. The
海底管道外腐蚀复合材料水下缠绕补强修复技术应用
至关重要由于海上服役环境比较恶劣海底管道
=!引!言
本身也会存在一定的缺陷同时运行期间还会存
随着海上油气资源产量的增长海底管道作为 在第三方破坏自然灾害海底管道服役期间的腐
油气资源输送的重要设施其安全和可靠的服役将 蚀等诸多因素影响海底管道的运行寿命其中
!作者简介刘军!'.,!男学士中级工程师主要从事海底管道材料性能研究WOA7K%+'%%",!$"ee-S/O
关键词!海底管道服役寿命复合材料补强修复
中图分类号 文献标志码 文章编号 DW',&-'" ,"',"$"&$$"% $(
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API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究
API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究周灿丰;帅潇;焦向东;段梦兰【摘要】Top tensioned risers are widely used in deepwater platforms,and are easily to be damaged for complex marine environmental loads,so dynamic responses of which should be researched carefully.A model was established using ABAQUS to describe top tensioned risers of tension leg platforms located in China south sea,and water depth of the model was set as 1 500 m. Marine engineering model AQUA was applied to add wave and current effects on riser,and to output stress time curves at different positions along the riser.Results of calculation demonstrate that becauseof strong wave and current effect,the location with the largest fatigue damage rate of the riser is 4 m below sea level.%顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中，所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤，因此动力响应研究非常重要。
在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型，水深设为1500 m、海域为南中国海。
水动力试验课程ppt-2015-试验研究课程-第二讲-试验设施
船舶与海洋工程试验研究第二讲上海交通大学海洋工程国家重点实验室内容提要一、模型试验概述二、模型试验设施介绍三、国内外海洋工程水池概况四、我校海洋工程水池模型试验基础232005年秋季“卡特里娜”和“丽塔”飓风毁坏了墨西哥湾地区113座石油平台、457条油气管道。
恶劣的海洋环境是影响海洋工程设施安全性的重要因素1980年3月，北海的挪威“基兰”号石油平台被波涛吞没，死亡120多人。
模型试验研究的必要性4●海洋环境恶劣，海洋工程往往技术复杂、投资巨大、风险极高，其技术性能、安全性能和作业性能等均需要充分研究和论证。
●常用研究手段：数值模拟（Numerical Simulation ）模型试验（Model Test ）●结构有限元分析理论与软件（SESAM、NASTRAN等）均相当成熟，结构强度分析等可通过数值模拟来完成。
●在水动力性能分析方面，虽然凭借当今计算流体力学（CFD）的水平，可以进行数值模拟与计算，然而，由于计算中常引入诸多假定或经验数据，计算结果可靠度欠佳。
●因此，迄今为止，海洋工程界仍然一致认为水动力模型试验的结果最为可靠，并以此作为设计、建造浮式海洋平台的最终定夺。
●几乎任何一座浮式海洋平台的设计、建造都要进行物理模型试验。
5模型试验研究的作用●随着数值模拟技术和计算机技术的进步，模型试验研究的作用也在发生改变。
●早期，主要通过模型试验获得海洋工程结构物的水动力性能，并进行方案的优化设计。
●现在，方案设计的大量优化工作依据数值模拟结果在计算机上完成，模型试验主要用于对数值预报结果的验证，预报非线性和不可预知性的水动力特性，以及对优化设计方案技术性能的认证，并提供最直接和最可靠的性能依据。
●有时，模型试验还能够最直观地让我们发现未知现象，丰富对自然界的认识。
67FP 12.5m()原设计14.5m()更改设计原设计系泊链系泊系统支撑机构更改设计首部型线BZ25-1 FPSO 2002年~2003年挪威APL 公司委托交大进行的渤海BZ25-1 FPSO 系统工程试验研究中，发现浅水非线性水动力作用造成FPSO 运动与系泊力异常，进而部分更改了FPSO 型线和系泊系统的设计方案原设计现设计原方案试验80 0 0Time (s) 0Time (s)02001年美国SOFEC 公司委托交大进行的FPSO 系统试验研究中，发现设计方案会产生意外的波浪砰击现象。
28-spar平台的发展趋势及其关键技术
文章编号:1001-4500(2005)02-0006-06Sp ar 平台的发展趋势及其关键技术张 帆,杨建民,李润培(上海交通大学,上海200030) 摘 要:深海油气资源的大量开发加速了对适应深水环境的平台结构物的需求。
Spar 平台是一种用于深海环油气开采、生产处理加工和储存的海洋结构物。
本文介绍Spar 平台的发展趋势及其关键技术的研究,包括平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、耦合分析以及垂荡板和侧板的设计研究。
关键词:Spar 平台;发展趋势;关键技术 中图分类号:P 75 文献标识码:A1 前言 在过去的二十年中,人们对石油的需求量急剧增长。
随着陆上石油资源的日趋枯竭,油气资源开发正在不断地向海洋发展。
据估计,海底石油储量约为1350亿t ,占世界总储量的2 3。
目前,世界上已发现的海上油气田有1600个,已有200多个油气田投入生产。
然而,这些已探明的海洋石油储量80%以上在水深500m 以内,而全部海洋面积中90%以上的水深在200m 至6000m 之间,所以大量的海域面积还有待查明。
此外,世界上除了少数海域外,大部分地区的近海油气资源也已经不能满足增长的需求,因此,油气资源开发向深海发展已成为必然趋势。
随着人类石油勘探逐渐向深水领域扩展,涌现出一些新型的适应深海海洋环境的平台。
为了减小波激运动,往往将这些新型结构物的自然频率设计得远离波浪功率谱的最大频率。
Sp ar 平台即为这种用于深海石油的开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式之一。
与其他平台形式相比,Sp ar 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;・具有较大的有效载荷;・刚性生产立管(R igid steel p roducti on risers )位于中心井内部;・由于其浮心高于重心,因此能保证无条件稳定;・与其它浮体结构相比,具有更好的运动特性;・壳体可以为钢结构或是水泥结构;・可以低成本储藏石油;・系泊系统的建造、操纵和定位较为容易;・立管等钻井设备能装置在Sp ar 内部,从而得到有效的保护。
新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统的动力响应研究
b. 俯视图
图 1 新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构 系统的结构示意图
Fig. 1 Schematic diagram of installation of new type of TLP dual-modules FOWT structure system
DTU 10 MW 风电机组浮体模块具有重力与 浮力自平衡的特征。张力腿平台模块是通过自身
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值模型的动力响应结果略高于试验模型的动力响
应结果。 浮式海上风电机组 (FOWT) 现有的安装方
法主要是整体安装方法主要和分体安装方法，这
a. 侧视图 ቧ૰ེ
2 种安装方法采用的连接方式均是法兰对准式安
装。由于分体安装方法对浮式海上风电机组与其 平台之间的对准精度要求极高，因此迫切需要一 种新型的具有高鲁棒性且对安装设备的精度要求
国内外学者针对张力腿平台 (TLP) 式海上风电 机组开展了广泛而深入的研究。NEMATBAKHSH 等 [6] 分别利用计算流体力学 (CFD) 和势流理论方 法，指出了张力腿的张力主要受纵摇响应激励影 响，且纵摇运动含有更多非线性成分。JESSEN
等 [7] 建立了浮式海上风电机组结构系统的气动 液压 - 伺服弹性模型，指出了在单独风荷载情况 下，浮式海上风电机组结构系统的理论气动性能 优于实验气动性能。任年鑫等 [8-10] 针对张力腿平 台式浮式海上风电机组，利用 CFD 方法进行了风 浪耦合时域分析，模拟数值结果与模型试验结果 具有较好的一致性；研究还指出，波浪力在纵荡 响应中起主导作用，而风力对支撑风电机组的浮 体结构的平均纵荡有重要贡献。
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低的浮式海上风电机组模块化设计及安装方法。
海洋平台结构振动控制
2023-12-02CATALOGUE目录•海洋平台结构概述•振动控制理论•海洋平台结构振动分析•海洋平台结构振动控制设计•海洋平台结构振动控制实验及结果分析•结论与展望海洋平台结构概述01包括重力式、桩基式、张力腿式等，主要通过基础固定在海底。
固定式海洋平台浮式海洋平台新型海洋平台包括半潜式、张力腿式、Spar式等，主要通过浮力支持并固定在海面上。
包括自升式、锚链式等，结合了固定式和浮式平台的特点。
030201用于制造平台的主体结构，如钢柱、钢梁等。
钢材用于制造平台的底座和基础，具有较好的抗风浪性能。
混凝土如玻璃纤维、碳纤维等，用于制造平台的上层结构和辅助结构，具有轻质高强的特点。
复合材料海洋平台结构复杂，尺度较大，需要考虑风浪、地震等自然因素的影响。
大尺度海洋平台需要承受较大的外力，如风、浪、流等，同时还需要承受海底地质条件的影响。
高要求海洋平台结构设计涉及结构力学、材料科学、地质工程、海洋工程等多个学科领域。
多学科性振动控制理论02振动的分类按频率分为低频振动和高频振动。
振动的定义物体围绕平衡位置进行的往返运动。
振动的危害结构疲劳、设备损坏、人员不适等。
振动原理通过优化结构设计，降低结构的固有频率，避免与外力频率匹配。
减震设计通过增加隔震支座或隔震沟等，切断地震波的传播路径。
隔震设计通过增加阻尼材料或阻尼器等，吸收和消耗地震能量。
消震设计振动控制策略通过传感器监测地震动，计算机系统实时调整支撑刚度或阻尼，抑制地震反应。
主动隔震通过传感器监测结构振动，计算机系统实时调整结构阻尼，抑制结构振动。
主动阻尼振动主动控制技术振动被动控制技术被动隔震通过增加隔震沟、隔震支座等，切断地震波的传播路径。
被动阻尼通过增加阻尼材料、阻尼器等，吸收和消耗地震能量。
海洋平台结构振动分析03确定平台结构的固有振动特性，包括固有频率和模态形状。
分析不同振型下平台结构的响应，为振动控制提供参考。
考虑平台结构在不同海域、不同环境条件下的固有振动特性变化。
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。
浮式海洋结构物研究现状及发展趋势_李芬
第27卷 第5期2003年10月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Jo urnal o f Wuhan University of Techno logy(T ranspo r ta tio n Scie nce&Engineering)V o l.27 No.5Oc t.2003浮式海洋结构物研究现状及发展趋势李 芬 邹早建(武汉理工大学交通学院 武汉 430063)摘要:在我国研制和开发浮式海洋结构物对本世纪海洋工程的可持续发展具有极为深远的战略意义.文中对浮式海洋结构物的发展历程进行了回顾,介绍了浮式生产储运装置、半潜式平台、张力腿平台、独柱式平台和超大型海洋浮式结构物的主要结构形式、特点及发展现状,对其发展趋势作了展望,指出了发展我国浮式海洋结构物的迫切性.关键词:浮式海洋结构物;浮(船)式生产储运装置;张力腿平台中图法分类号:U6611 浮式海洋结构物发展简史1937年,世界上出现了最早的活动式平台——驳船式钻井平台.由于驳船型深小,适用的水深不大.随着水深的增加,1949年在墨西哥湾发展了第一座坐底式平台“环球40号”.由于这种平台高度是固定的,故工作水深适应范围变化不大.为适应在不同水深范围内工作,1954年又设计了第一座自升式钻井平台——“加利福尼亚1号”.为了在更深海域钻井,人们把钻井设备安装在船上,在漂浮状态下钻井,这就是浮式钻井船.美国1957年建造的用于墨西哥湾的Cussl号是第一艘浮式钻井船.这种钻井船由于漂浮在海面作业,抗风浪性能差,停工率高是它最大的缺点.为克服浮式钻井船的缺点,1962年出现了第一个半潜式钻井平台——美国的“蓝水1号”.这种平台可在深水钻井,抗风性能好,可半潜作业,也可坐底作业.随着工作水深不断增加,人们又研究发展了张力腿式平台(tension leg pla tform s,T LP)、独柱式平台(Spa r)、浮(船)式生产储运装置(floating productio n,sto rage a nd o ffloading u-nits,FPSO)等.世界上第一个张力腿平台于1984年8月成功安装在英国北海的Hutton油田,水深148m,至今建成使用的有20多座,水深达1000多米.Spa r为海上储油设施,最早使用于1976年的Brent油田,它的安装水深为110m[1],如今发展为深水平台,安装水深达几千米.在过去的20年里,TLP,Spa r已成为深海油气资源开发的生力军和主力军.此外,FPSO也是深水采油领域中的另一种主要结构形式.我国从上世纪60年代开始海洋石油勘探工作,由于海上石油勘探需要,首先开展了活动式石油钻井平台的研制工作.先后建成“海五”平台(坐底式平台)、“渤海一号”(自升式平台)、“勘探3号”(半潜式平台)等.自20世纪90年代以来,已有7艘FPSO和1艘半潜式平台投入海上采油作业.但从总体上看,我国在平台的设计和建造上与国外先进水平还有一定差距.2 浮式海洋结构物发展现状为迎接深水钻井和采油的挑战,先后发展了几大类适合于深水作业的浮式结构物:FPSO、半潜式平台、张力腿平台和Spa r等.2.1 浮(船)式生产储运装置(FPSO)FPSO(见图1)目前已在边际油田和油田的早期生产系统中得到广泛应用,该项技术已比较成熟,这种结构形式可提供多种用途,其主要特点为:(1)浮船型,机动性、运移性和结构稳定性好,具有在深水域中较大的抗风浪能力,允许在各种⒇收稿日期:20030411 李 芬:女,29岁,博士生,讲师,主要研究领域为结构工程气候下装卸油,并且运输方便;(2)建筑成本低,建设周期短,是一种相对廉价的结构.典型的新建FPSO需2.5a左右,与张力腿平台(见图3)相比,后者至少要长 1.5～2a[1].因而对于许多石油公司来说,FPSO具有较好的经济效益;(3)工作面开阔,可在甲板上装卸油,具有大产量的油、气、水生产处理能力以及较大的原油储存能力;(4) FPSO本身没有钻井能力,但它与海底完井系统组合时,可具有适应深水采油的能力.它可以与导管架井口平台相组合,也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统,但更主要的适用于深水采油与海底采油系统(包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等)组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统.从被统计的67艘FPSO中,工作水深主要在100～500m,但随着采油工作水深的增加,大于500m工作水深的在逐年增加.例如,由Roa r Ramde和挪威海事技术公司(M aritim e Tentech)联合设计,由韩国现代重工施工建造的“Ramform Banff”号工作水深达1524m.另一艘工作水深达2000m的FPSO,由Harland&Wolff全部负责设计和建造,由巴西国家石油公司(Petrobras)承担操作,用于与深海海底完井系统相结合的采油. 2.2 半潜式平台(立柱稳定式平台)半潜式平台,又称立柱稳定式平台(见图2),是浮式海洋平台中的一种常见类型.它一般由平台本体,立柱和下体或浮箱组成.此外,在下体与下体,立柱与立柱,立柱与平台之间还有一些支撑与斜撑连接.平台上设有钻井机械设备,器材和生活舱室等,供钻井工作用.平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减少波浪的扰动力;平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,立柱与立柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性,所图1 浮式生产储运装置 图2 半潜式平台以又有立柱稳定式之称.半潜式平台在深水区域作业,需依靠定位设备,深水锚泊系统,需要大量链条,靠供应船运载.半潜式平台由于下体都浸没在水中,其横摇与纵摇的幅值都很小,有较大影响的是垂荡运动.由于半潜式平台在波浪上的运动响应较小,在海洋工程中,不仅可用于钻井,其他如生产平台、铺管船、供应船和海上起重船等都可采用,这也是它优于FPSO的主要方面.同时,能应用于多井口海底井和较大范围内卫星井的采油是它的另一优点.另外,半潜式平台作为生产平台使用时,可使开发者于钻探出石油之后即可迅速转入采油,特别适用于深水下储量较小的石油储层(例如4～5a内采完).随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展,它的应用将会日渐增多,诸如建立离岸较远的海上工厂、海上电站等,这对防止内陆和沿海的环境污染将有很大的好处.目前,世界上共有半潜式生产平台40艘左右.在已知工作水深的35艘中,工作水深小于200m共9艘,占25.7%;工作水深200～500m 的共15艘,占42.9%;工作水深500～1000m的共9艘,占25.7%;工作水深大于1000m的共2艘,占 5.7%.由此可见,工作水深200～500m的比率接近半数[2].2艘最深水域采油的半潜式平台均属于巴西国家石油公司所有,其一是“巴油18”号,工作水深达1000m,抗风能力可适应风速为99kn,浪高≤32m,其锚泊为8点张紧锚,由锚链与钢缆相结合.其二是“巴油36”号,工作水深达1372m,是目前世界上半潜式平台最深的工作水深,可适应巴西近海百年一遇的海况条件,为16辐射张紧锚,锚为桩腿式,锚缆由高强度聚脂绳缆与锚链相结合.从半潜式平台适应风暴能力已知的21艘中,几乎均能适应百年一遇的海况条件,适应风速普遍为100～120kn,个别最低者也在85kn以上,适应浪高普遍为16～32m,个别最低者也在12m以上.半潜式平台具有适应深水采油的能力,用途广泛,其发展仅次于FPSO.2.3 张力腿平台(T LP)张力腿平台(见图3)可视为半潜式平台的派生分支,是一种顺应式结构,它是由一个刚性的半潜式平台与一个弹性的系泊系统结合成的一种较新型平台.它是用系索(或钢管)将浮于海面的浮动平台与沉浸海底的锚锭(或基座)联结起来的,通过收紧系索,使浮体的吃水比静平衡浮态时大,·683· 第5期李 芬等:浮式海洋结构物研究现状及发展趋势导致浮力大于浮体重力,该剩余浮力由系索的张力予以平衡.由于张力腿平台具有垂直系泊的某些特征,也称它为垂直锚泊式平台.为了能在较小的张力变化范围内就能限制平台的运动,平台本体采用半潜式.因此,也有称它为张紧浮力平台.从结构上一般可将其划分为5部分:平台上体、立柱、下体(含沉箱)、张力腿、锚固基础[3].通常又将平台上体、立柱、下体三部分并称为平台本体,事实上张力腿平台可以被看作一个带有张力系泊系统的半潜式平台.张力腿平台受风、浪作用时,平台随缆索弹性变形而产生微量运动,就像有桩腿插入海底一样,所以称为张力腿.平台系统在垂直方向(垂荡、纵摇和横摇)是刚性的,在水平方向(纵荡、横荡和首摇)是柔性的,即在非张力控制方向可有一定的漂移.垂荡自然周期一般在2～4s ,远低于海况的特征周期,而纵荡自然周期在100～200s,远大于海况的特征周期,从而可避免在波浪中的共振现象.又由于平台控制方向的张力对非控制方向的运动有牵制,漂移和摇摆比一般半潜式平台小,具有波浪中运动性能好、抗恶劣环境作用能力强等优点.与固定式平台相比,除了造价低以外,其抗震能力显著优于固定式,且张力腿平台在必要时还可移位,至多损失锚基和钢索,故适用于开采周期稍短的油田,在该油田开采完后,可将其移至不同地点重新安装,大大提高了其通用性和经济性,但目前还没有重新安装的经验[1].它的主要缺点是对重量变化敏感,有效载荷的调节有限制,在大波高的状况下,甲板载荷过大容易产生系泊索松弛现象.由于张力腿平台没有储油能力,主要用于生产平台,不能用作储油装置,在没有管路设施的地方,需要浮式油轮.2.4 独柱式平台(Spa r)为降低成本,弥补张力腿平台的不足,有人提出了Spa r(见图4)的概念.最近20年在挪威海湾和墨西哥海湾都在进行大量的设计和研究工作,目前Spar 已能适用于水深达3000m 的环境较恶劣的海域. Spa r 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.它的水线结构是敞开的,基本不提供浮力,以减少垂荡;水线以下部分为密封空心体,以提供浮力,又称浮力舱,舱底部一般装水压载或用以储油(柱内可储油也成为Spar 的显著优点);中部有锚链呈悬链线状锚泊于海底,底部有系缆或系留管锚固于海底.Spar 可适用于深图3 张力腿平台 图4 独柱式平台达3000m 的海域.它的优点是在波浪中比较稳定,适应于任意角度的风浪,能显著减少垂荡反应;造价低,便于安装,可以重复使用,因而对边际油田比较适用;并且它的柱体内部可储油;它的大吃水形成对立管的良好保护,同时其运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用[4].Spar 兼具了张力腿平台和浮(船)式生产储运装置的特点,优越性显著.被认为是除了张力腿平台之外的另一种适用于深水的海洋平台,有望在今后得到推广.2.5 超大型浮式海洋结构物(V LFS )超大型浮式结构物(very large floating strustures,V LFS)是指那些尺度以公里计的浮式海洋结构物,以区别于目前尺度以百米计的船舶和海洋工程结构物,如海洋平台等.一般而言,V LFS 可以沿海岛屿或岛屿群为依托,带有永久或半永久性,具有综合性、多用途的功能.它主要有以下3个方面用途:(1)在合适的海域建立资源开发和科学研究基地、海上中转基地、海上机场等,以便大量开发和利用海洋资源;(2)当沿海城市缺乏合适的陆域时,可以把一些原本应建在陆地上的设施,如核电站、废物处理厂等,移至或新建在近海海域,以图降低城市噪音和环境污染;(3)在国际水域建立合适的军事基地,以期对某地区的政治、军事格局产生战略性影响.V LFS 通常有两类结构型式:厢式(ponto on ty pe 或Box type 也叫mat-like)和半潜式(semi subm ersible type).厢式浮体构造简单,维护方便,日本的“m eg a -floa t ”就采用这种形式.半潜式浮体虽然构造比较复杂,但水动力性能更佳,适宜在较恶劣海洋环境中生存.半潜式浮体又可分为立柱支撑式(co lum n-suppo rted ty pe)和立柱下体混合支撑式(column and low er hull suppo rted ty pe).美国的移动式海洋基地(mobile offsho re base,M OB)就是采用立柱下体混合支撑式的V LFS [5].·684·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2003年 第27卷与一般的海洋工程结构物相比,V LFS具有以下几个特点:(1)V LFS是一个极为扁平的柔性结构物,它的长(宽)度与高度的比值非常大,必须考虑它在海洋环境中的弹性响应;(2)由于V LFS从一端至另一端要跨越数公里,需要建立一种新的随位置缓变的海浪谱,用于作为与V LFS水弹性响应的激励;(3)由于V LFS的巨大,它是一个模块化的结构,各模块之间用特殊的具有一定挠性的联接装置相联;(4)V LFS除了有时需要移动外,一般来说是相对固定在某一位置的,不能让它随风、浪、流任意漂移,因此它的系泊装置在结构设计中极为重要;(5)与一般海洋工程结构物相比,V LFS要求的寿命特别长,一般在百年以上[6].超大型浮式结构物的研究是一门跨多学科、多领域的课题.目前,对超大型浮式结构物(V LFS)研究最广泛和深入的国家是日本和美国.另外,韩国、挪威、英国等也有一些专家在从事V LFS的动态特性研究.由于V LFS有着广泛的带有战略意义的应用前景,我国的许多专家学者也在积极呼吁尽快开发超大型浮式海洋结构物.3 浮式海洋结构物的发展趋势海洋石油工业正移向深水,深于500m的海洋中已发现有数百亿桶石油储量.随着海洋开发事业的发展,半潜式平台、FPSO、TLP和Spar等浮式结构物的研究得到了迅速的发展.它们保留了固定式平台的许多优点,可将浅水平台的许多成熟的生产技术直接移植到深水,并能降低平台在深水海域的造价.浮式结构物集中了海洋结构物设计、制造、安装、智能定位、控制、石油开采、检测与安全适时评定等现代高新技术,是深海油田开发的主要形式.随着浮式结构物在深海油气开发中的广泛应用,不少专家和学者对深海平台开展了大量的研究,开发了几种新型系统.为提高安全性和操作性,FPSO和半潜式平台都得到了很大的发展.新式的半潜式平台的设计努力减小垂荡运动以提高其性能.老式FPSO 大部分由V LCC油轮改装,近年来FPSO大多根据规范制造,这些新的FPSO船体呈长方形状以增加可用体积[7,8].杨建民等对储油量为32万t,吃水为19.49m的软刚臂塔式大型FPSO在浅水中(水深为21～26m)的运动性能进行了试验研究,其结果表明:(1)FPSO的升沉、横摇和纵摇的波频运动随着水深的减少而减少,但在水平面的低频运动则增大;(2)即使水深降低至21m的所谓“极浅水”,FPSO也极少碰底;(3)在“极浅水”状态,FPSO并没有随流速的增加而下沉(无吸底现象).这一研究对采用大型FPSO开发浅水油田很有意义.FPSO在今后的发展中,工作水深在逐年增加,抗风暴能力不断增强(如“Ramform B a nff”号工作水深达1524m,抗风暴能力为百年一遇,浪高可达16.76m);原油储存能力增大,船的主尺度和载重吨位提高;原油、生产水的处理能力增强;立管型式增多,除大量使用挠性立管外,也可采用刚性立管;锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术也有了新的发展,适应海况能力增强. FPSO因其在整体技术上的完善和提高,体现出优越的性能特点和较高的商业价值,从其近年来的发展趋势来看,在深海采油领域中,FPSO正迎来其广泛应用的黄金时期,它已成为浮式结构物中极具发展潜力的一种结构形式,前景极为广阔.Spar的研究重点已转移到保持其运动性能而不增加主体与水线上部重量之比上.提出了一种复合概念——Truss Spa r.Truss Spa r上部的圆柱箱体提供浮力,12～16根悬链线锚链保持位置,圆柱箱体下面桁架结构提供纵向强度.Truss Spar是一种典型的复合结构,由于其重量轻、易移动和可重复使用的特点,可用于深水的边际油田.T LP作为一种深海理想的平台型式得到了广泛的重视和发展,主要表现在以下几个方面:工作水深在逐年增加;建造成本得到降低,进一步提高了其经济性;注重多次重复实用性,对可移动性的研究取得了很大进展;由单一的井口生产平台向深海工作站发展,在所在地区形成一个以TLP 为核心的油气开发群[9].根据我国海上油田的分布特点,100～500m左右中等水深范围是一个很有开发潜力的海域,因此对浅海和中深水海域的浮式结构物的研究成为我国海洋工程的研究重点.针对边际油田和偏远油田,李润培等提出了一种适应中深水海域的轻型张力腿平台(mini TLP)概念.这种平台的浮力舱置于水下,浮力舱上竖立的空间刚架支承着平台甲板及其上的设备,浮力舱下端用四组钢管张力腿平台固定于海底,张力腿与海底的连接用筒型基础(吸力锚).对这种平台在100～500m水深范围内的理论与试验研究表明:这种平台有良好的运动性能,完全能·685· 第5期李 芬等:浮式海洋结构物研究现状及发展趋势满足海上油气开发对平台运动的要求.以120m 水深为例,其造价低于相应的导管架平台,随着水深的增加,其在造价上的优势更加明显.这种平台将是中深水边际油田开发的一种很有潜力的平台形式.由于T LP 在整体技术上更加完善和提高,在今后的发展中向着更深、更广阔的水域进军,必将超出海洋油气开发的范畴而应用到更广泛的领域中去[3].4 结束语在我国研制和开发浮式海洋结构物对本世纪海洋工程的可持续发展具有极为深远的战略意义.作为一个具有丰富海洋资源的大国,必须高度重视深海平台技术.随着我国海洋石油开发的需要,浮式海洋结构物的应用越来越广泛,所需解决的技术问题越来越多.在浮式海洋结构物的设计、建造、检验和科研方面都迫切需要发展,特别是在浮式结构物的设计和建造上,大多依靠国外技术进行设计,我国在独立进行设计方面尚有一定差距,对于工作水深超过600～3000m 的动力定位采油平台,国内更无设计建造经验.因此,对于从事海洋工程的研究人员而言,应密切关注国外浮式海洋结构物的发展,开展相应的研究工作,并力争参与到国外浮式海洋结构物的设计建造中去,以逐步掌握国外先进的技术水平,这对我国未来深海资源的开发和我国的海洋工程事业的发展都具有重要意义.参考文献1 Ba rltr op N D P .Floa ting structures :a g uide fo r de-sig n a nd analy sis :v olume one.H o uston,U SA:the center fo r marine a nd pe tro leum techno log y publica-tio n ,1998.6～132 廖谟圣.国外移动式采油平台现状与发展我国采油平台的建议.中国海洋平台,2000,15(4):1～43 杨春晖,董艳秋.深海张力腿平台发展概况及其趋势.中国海洋平台,1997,12(6):255～2584 李玉成.海洋工程技术的新发展.中国海洋平台,1998,13(1):9～125 崔维成,吴有生,李润培.超大型浮式海洋结构物开发过程中需要解决的关键技术问题.海洋工程,2000,18(3):1～36 Kitamura F,Sa to H,Shimada K ,et al.Estima tion ofwind for ce acting on h ug e flo ating o cea n str uc tures.Pr oceeding s of the 1997Ocea ns Confere nce ,1997.197～2027 乐京霞,孙海虹.浮式生产储油船局部节点疲劳强度计算与分析.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2002,26(4):488～4918 Paulling J R,Tyag i S.M ulti-module floa ting oceanstructur es.M arine Str uctur es,1993(6):187～2059 段梦兰,李秀巧,赵秀菊等.发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战.石油机械,2000,28(12):46～48Research Condition and Dev elopmental Tendencyof the Floating StructuresLi Fen Zou Zaojian(School of Transportation ,W UT ,Wuhan 430063)AbstractThe dev elopment of the floa ting structures is of strategic sig nificance to sustainable dev elo pment in our co untry .In this paper ,dev elopmental history o f the floa ting structures is introduced based on a literature surv ey co nducted.Furtherm ore,the main structura l ty pe and characteristics o f FPSO 、Semi-submersiblepla tform 、TLP 、Spa r and V LFS are introduced.At last,the dev elopmental tendency o f the floa ting structures is propo sed .It points o ut the urg ency of dev elo ping floating structure in o ur coun-try.Key words :the floating structures;floa ting productio n,sto rage and offlo ading units;tensio n leg plat-fo rm·686·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2003年 第27卷。
海洋平台-30题答案
海洋平台-30题答案(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
中国海洋平台的现状与发展浅析
中国海洋平台的现状与发展浅析摘要：未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。
在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下，须高度重视对深海平台技术的研究。
目前主要投入使用的海洋平台主要有四种：张力腿平台，半潜式平台，浮式平台，单柱式平台（spar）。
近年来我国虽然在海洋平台建造及技术研究方面做了大量工作，并取得了可喜的成绩，但就海洋装备技术实力和技术水平而言，我国与发达国家之间还存在着很大的差距。
因此，我国必须加快科研步伐，早日步入世界海洋石油装备强国行列。
1世界海洋石油资源的背景目前，世界石油工业正面临着极大的挑战。
全球油气储量增长乏力，远远无法弥补每年的产量。
然而全球的油气消耗量仍将以较快的速度增长。
根据国际能源署发布的世界能源展望预测，世界石油需求在2030年之前将保持年均1.6％的增长，到2030年达到57.69亿吨。
天然气需求在2030年之前将保持年均2.4％的增长，到2030年达到42.03亿吨油当量。
未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，到2030年油气需求将占世界能源总需求的65％。
天然气资源估计将在2015年超过煤炭资源成为第二大能源种类．随着陆上石油资源的日渐枯竭，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。
随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。
我国从1993年开始，原油供应皿满足不了市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。
2海洋平台技术的价值己探明的世界海洋石油储量的80％以上在水深500m以内，而全部海洋面积的90％以上水深在200一6000m之间，因而大量的海域而积有待探明。
此外，世界上除了少数海域以外，大部分地区的近海油气资源己口趋减少，向深海发展己成必然趋势，深海平台技术己成为国际海洋工程界的一个热点，进行了大量的研究，新的深海平台结构不断涌现。
海洋平台浮托安装分析及其关键技术
海洋平台浮托安装分析及其关键技术作者：李智超李盛阳来源：《中国科技博览》2018年第05期[摘要]海洋工程一般是采用一些方法在海面上去进行工作，随着海洋所承载的一些物品的重量不断的递增。
有些像海上运输的东西，受到起重机的限制。
所以采用一些海洋平台辅助进行安装，它是借鉴了国外的一些先进的经验。
要不断的去进行探究。
用一些浮托法水动力去进行分析。
未来海洋石油开采向深水区域拓展，浮托法也将继续发展适用于深海大型浮式平台的安装。
发展浮托法安装对海洋石油领域意义重大。
[关键词]海洋平台、浮托、安装中图分类号：TE952 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0022-011.前言随着一些海上工业的不断发展，对于海内的资源的开发也在不断的增加。
油气开采逐渐由浅入深，向深层的海洋不断的去进行开发。
海洋的结构是多种多样的，在海上进行开发，需要借助各种各样的工具。
海上的一些起重的工具，在海洋中运作是十分困难的，目前所使用的一些方法已经满足不了人们的需求。
需要国内外去寻找一些符合减少成本要求并且能够去进行开发的一些平台安装。
2.浮托法发展现状上个世纪80年代，在西非、墨西哥湾、中东以及东南亚等地就曾多次尝试浮托法来安装平台的上部模块。
在固定式平台（如导管架平台，重力式平台）浮托祛研究和实践方面，已经有很多研究成果和实际工程经验。
1979年，名为Zakum的导管架平台在阿布扎比使用浮托法安装成功，其上部模块重量为6500t，这是最早在开阔水城使用浮托法安装成功的案例。
1997年，名为Hibermia的导管架平台在纽芬兰岛附近成功使用双体船浮托安装成功，其上部模块重量为46000t，这是到目前为止浮托安装最重的上部模块。
同年，导管架平台EPKE在西非海域安装成功，表明浮托法也可适用于具有显著涌浪海况的西非海域。
2006年，名为KikehP的SPAR平台在马来西亚东部的南中国海成功安装，这是浮托祛首次应用于浮式平台，其上部模块重400t，安装中使用双体船浮托安装，作业海况为有义波高0.7m，周期7s～8s。
某新型无人帆船的结构设计及翼帆气动性能分析
第36卷第2期2021年6月Vol.36No.2Jun.2021青岛大学学报(工程技术版)JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY(E&T)文章编号：10069798(2021)02005406；DOI：10.13306/.10069798.2021.02.009某新型无人帆船的结构设计及翼帆气动性能分析赵大刚」，管殿柱夏涛2(1.青岛大学机电工程学院,山东青岛266071； 2.自然资源部第一海洋研究所,山东青岛266061)摘要：为了满足无人帆船在进行海洋调查时航时长、范围大和寿命高的要求，本文设计了一款新型无人帆船。
通过SolidWorks软件建立无人帆船的三维模型，并采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对翼帆的气动性能进行分析。
在考虑帆船航行实际工作状态的前提下，通过比较柔性帆、刚性帆和翼型对称截面与非对称截面的性能，确定了主帆为NACA0021,尾翼为NACA0018翼型的对称刚性帆，以提高帆船的气动性能。
同时，采用与飞机升降舵类似结构的尾翼控制翼帆与来流的攻角，极大地降低了控帆的难度与功耗。
为分析翼帆的气动性能，选用SST—模型在Fluent中进行模拟分析。
研究结果表明，翼帆的升力系数较大，空气流动平稳，并未出现涡流区，同时，翼帆表面压力呈现平滑的过渡现象，使气流可以平稳的从主帆表面分离，满足 设计要求。
该研究对使用无人帆船探索海洋具有重要意义。
关键词：无人帆船；结构设计；翼帆；气动性能中图分类号：U662.3;U664.31文献标识码：A随着全球经济的高速发展，煤炭、石油等不可再生能源的消耗在不断增多，人们逐渐将能源的开采重心从陆地转移到海洋［1］。
由于世界各国越来越重视对海洋环境的监测和海洋数据的采集，因此对海洋的探索和研究已成为目前自然科学的热点之一。
传统的海洋探索观测技术有人工出海考察、数据浮标和卫星观测等方法［2］，但上述观测方法存在成本较高、机动性差和观测时间短等局限性。
spar大圆桶平台
谢谢！
2．主体
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。硬舱位于主体的上部， 是整个平台系统的主要浮力来源。硬 舱为多层多舱结构，每一层都由水密甲板分隔，而每一层又由从中央 井的拐角处伸出的径向防水壁进一步地分为四个隔舱，以提高主体的 抗沉性。用于储藏柴油、原油、甲醇、饮用水等的容器通常建在平台 硬舱的顶部。
Spar平台（深水浮筒平台）
021004127 王天宇
Spar平台简介
随着人类开发海洋的步伐逐渐迈向深海海域，涌现出了很 多新型的浮动式海洋平台，Spar平台就是其中之一。Spar 平台也属于顺应式的范畴。20世纪80年代以来，Spar平台 被广泛应用于人类开发深海的事业中，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。它被很多石 油公司视为下一代深水平台的发展方向。 实际上，Spar平台技术应用于人类海洋开发的历史已经超 过30年了，但是在1987年之前，在人类开发海洋的工作 中，Spar平台一向是作为辅助系统使用而不是直接生产系 统。它们被用作浮标、海洋科研站，或是被用作海上通信 中转站，有时还作为海上装卸和仓储中心使用。早期建造 的Spar平台的结构和当前深海油气开发使用的Spar平台相 比还是有所区别的，但是通过对这些早期的Spar平台进行 观测，各国的研究者收集了大量的数据，为现代Spar平台 的诞生和发展打下了坚实的基础。
Spar平台的图片
这个SPAR是科麦奇的世界上第一个Truss Spar Truss中间的横隔板可以起到阻尼器的作用，能显 著降低Spar的垂直方向的运动。取消了大直径的圆 筒也改善了整个Spar涡激震动VIV的特性。随后还 出现了cell spar,由多个小圆桶连接在一起 VIV现在是Spar最头痛的问题。上图中的轮箍就是 用来降低VIV的。
中国海洋平台的现状与发展浅析
中国海洋平台的现状与发展浅析摘要：未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。
在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下，须高度重视对深海平台技术的研究。
目前主要投入使用的海洋平台主要有四种：张力腿平台，半潜式平台，浮式平台，单柱式平台（spar ）。
近年来我国虽然在海洋平台建造及技术研究方面做了大量工作，并取得了可喜的成绩，但就海洋装备技术实力和技术水平而言，我国与发达国家之间还存在着很大的差距。
因此，我国必须加快科研步伐，早日步入世界海洋石油装备强国行列。
1 世界海洋石油资源的背景目前，世界石油工业正面临着极大的挑战。
全球油气储量增长乏力，远远无法弥补每年的产量。
然而全球的油气消耗量仍将以较快的速度增长。
根据国际能源署发布的世界能源展望预测，世界石油需求在2030 年之前将保持年均 1.6％的增长，到2030 年达到57.69 亿吨。
天然气需求在2030年之前将保持年均 2.4％的增长，到2030 年达到42.03 亿吨油当量。
未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，到2030 年油气需求将占世界能源总需求的65％。
天然气资源估计将在2015 年超过煤炭资源成为第二大能源种类．随着陆上石油资源的日渐枯竭，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。
随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。
我国从1993 年开始，原油供应皿满足不了市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。
2 海洋平台技术的价值己探明的世界海洋石油储量的80%以上在水深500m以内，而全部海洋面积的90%以上水深在200 一6000m之间，因而大量的海域而积有待探明。
此外，世界上除了少数海域以外，大部分地区的近海油气资源己口趋减少，向深海发展己成必然趋势，深海平台技术己成为国际海洋工程界的一个热点，进行了大量的研究，新的深海平台结构不断涌现。
深水浮式平台的类型
深水浮式平台的类型深海有着强大的油气资源储备。
不断涌现的各种新型采油平台技术促进着深海采油技术的高速发展，这些技术概括起来可分为四大类：张力腿式平台(TLP)，单筒式平台(SPAR)，半潜式平台(SEMI)和浮(船)式生产平台(FPSO)。
在每一大类中，又有很多不同的技术概念。
下面就不同型式的平台使用和特点分别做介绍。
图1：深水平台类型一、深海张力腿平台的发展概况及发展趋势图2：张力腿平台的发展自1954年美国的提出采用倾斜系泊方式的索群固定的海洋平台方案以来，张力腿平台（TLP）经过近50年的发展，已经形成了比较成熟的理论体系。
1984年第一座实用化TLP——Hutton平台在北海建成之后，TLP在生产领域的应用也越来越普遍，逐渐成为了当今世界深海采油领域的两大主力军之一(另一种当前广泛使用的深海采油平台是Spar,将在后面部分中进行详细介绍)。
进入上个世纪90年代之后，TLP平台的发展进一步加速，在生产区域方面，TLP的应用已经从北海和墨西哥湾扩展到了西非沿海；在平台种类方面，TLP已经在原有的传统类型TLP基础上，发展出了Mini-TLP、ETLP等多种新概念张力腿平台，加之不断地采用最新地科学技术，TLP平台在降低成本，提高适应性、稳定性和安全性地道路上取得了长足地进步。
下面将简要介绍张力腿平台的总体结构，然后对1990年之后TLP平台的发展状况进行详细的论述。
1、张力腿平台总体结构简介张力腿平台（Tension Leg platform,简称TLP）是一种典型的顺应式平台，通过数条张力腿与海底相连。
张力腿平台的张力筋腱中具有很大的预张力，这种预张力是由平台本体的剩余浮力提供的。
在这种以预张力形式出现的剩余浮力作用下，张力腿时刻处于受预拉的绷紧状态，从而使得平台本体在平面外的运动（横摇、纵摇、垂荡）近于刚性，而平面内的运动（横荡、纵荡、首摇）则显示出柔性，环境载荷可以通过平面内运动的惯性力而不是结构内力来平衡。
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。
超大型浮式海上基地概念及模块形式研究
超大型浮式海上基地概念及模块形式研究寇雨丰;肖龙飞;于皓【摘要】回顾了超大型浮式结构物的研究历程,在此基础上提出深远海超大型浮式海上基地概念,对有潜力作为其模块形式备选方案的新型深海平台概念进行了调研分析,并提出进一步开展相关研究的建议.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2010(025)004【总页数】7页(P19-24,31)【关键词】超大型浮式结构物;海上基地;深海平台;模块【作者】寇雨丰;肖龙飞;于皓【作者单位】上海交通大学,上海,200030;上海交通大学,上海,200030;海洋石油工程股份有限公司设计公司,天津,300451【正文语种】中文【中图分类】P75Abstract:Based on a review of the research on Very Large Floating Structures(VLFS),a new concept of very large floating offshore base is proposed for the application in deepwater oil and gas exploration and production in the South China Sea.This concept is composed of different purpose-built modules connected by mooring lines.For the design of the modules,the recent development of new concepts of deepwater platformsis presented and analyzed.Key words:Very Large Floating Structure;offshore base;deepwater platform;module海洋油气是世界经济发展所需能源之一,为寻找新的海洋油气资源,世界各国正不断向深水海域勘探。
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322 . 00 m（模型是 4 . 600 m）。模型缆绳每米重量为 0 . 062 4 kg，刚度为 1 . 644 kg / m，导缆器在龙骨上方的位置 为 1.088 6 m。 2.4.4 立管系统
第 21 卷第 4 期 2003 年 11 月
文章编号：1005-986（5 2003）04-0023-06
海洋工程 THE OCEAN ENGINEERING
VoI.21 No.4 Nov. 2003
一种新型深海海洋平台———几何形 Spar 和集成 浮力桶的试验研究
杨建民，张火明，肖龙飞，彭 涛
（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200030）
摘 要：介绍了一种新型深海海洋平台———几何形 Spar 壳体概念和集成浮力桶立管支撑概念，并与常规 Spar 和桁架式 Spar 进
行了比较。为测定多角形 Spar 和集成浮力桶在不同环境条件下运动响应的总体性能，设计并完成了在海洋工程水池中的模
Spar、IBC 模型都按缩尺比精心加工制作，模型尺度的加工误差小于 1% 。在校验台上调节的重量和重 心位置的误差小于 1% ，纵向和横向惯性半径的误差小于 3% ，防护垫、系泊系统及立管系统除按几何相似要 求进行模拟外，还对其力学特性（如弹性模数、刚度等）进行了正确的模拟。
!." 环境条件模拟 模型试验的环境条件如表 1 所示。包括墨西哥湾内百年一遇海况，西非海域的极限波浪和极限涌浪，其
墨西哥湾
百年一遇
原型
模型
1 219
4.3
12 . 59 14 . 5
0 . 179 9 1 . 733 1
西
极限波浪
原型
模型
1 219
4.3
JONSWAP
5.1
0 . 072 9
18 . 8
2 . 247 0
非
极限涌
原型
第4期
杨建民，等：一种新型深海海洋平台———几何形 Spar 和集成浮力桶的试验研究
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图 1 大地坐标和随船坐标系统 Fig. 1 Earth-fixed and vessel-fixed coordinate systems
图 2 Spar 和 IBC 系统 Fig. 2 Spar and IBC system
自 20 世纪 80 年代起，海洋油气开发逐渐向深海发展，各类深海海洋平台结构［1 - 4］不断涌现。据不完全 统计，国外迄今已有近 20 座张力腿平台（TLP）投入使用，最大工作水深约 1 250 m，8 座单柱式生产平台 （Spar）投入使用，最大工作水深约 1 800 m，多功能半潜式平台近 20 座，多数工作水深在 2 000 m 以上。单柱 式平台由于其圆柱形浮力体在水面以下相当深度处，水面波浪对其作用的影响小，因而运动性能、稳性及受 力情况较好。常规 Spar 的外壳全部为圆柱形桶体，稍后发展的桁架式平台（Truss Spar）则将圆柱形桶体的一 部分改成桁架结构。美国 NoveIIent LLC 公式对常规 Spar 与桁架式 Spar 进行改进，设计了一种新的深海海洋 平台，称为几何形 Spar 和集成浮力桶概念（Geometric Spar and Integrated Buoyancy Can Concepts）。
中白噪声波浪主要用于分析与波频对应的响应因子。
第4期
杨建民，等：一种新型深海海洋平台———几何形 Spar 和集成浮力桶的试验研究
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表 1 模型试验环境条件 Tab. 1 Environment conditions for model test
环境条件
水深 / m 波浪谱模型 有义波高 / m 谱峰周期 / s
型试验，此类试验在国内尚属首次。
关键词：海洋平台；Spar；集成浮力桶（IBC）；实验研究
中图分类号：U641
文献标识码：A
ExperimentaI study on a new type of deep sea pIatform———Geometric Spar and Integrated Buoyancy Can
YANG Jian-min，ZHANG Huo-ming，XIAO Long-fei，PENG Tao
（State Key Laboratory of Ocean Eng. ，Shanghai Jiaotong Univ. ，Shanghai 200030，China）
Abstract：In this paper，a new type of deep sea pIatform———the Geometric Spar huII concept and an Integrated Buoyancy Can（IBC）riser support concept———is briefIy introduced and compared with the CIassic Spar concept and the Truss Spar concept. In order to determine the Geometric Spar and Integrated Buoyancy Can's generaI characteristics of the in - pIace motion response in different environmentaI conditions，a creative ocean engineering experiment is designed and impIemented. The resuIts show that the experiment is very successfuI. Key words：deep sea pIatform；Spar；Integrated Buoyancy Can（IBC）；experimentaI study
IBC 模型壳体由有机玻璃制成。下置高为 16 . 764 m（模型 0 . 239 5 m）的补偿水柜，这些水柜的底部在水 线下 1 . 524 m（模型 0 . 022 m）。封闭式底部水柜高度为 36 . 58 m（模型 0 . 523 m）。开式底部水柜高度为 12.192 m（模型 0 . 174 m），其上有两个小孔用来抽气。IBC 有一个中心孔，其内径为 4 . 267 m（模型 0 . 061 m）。 IBC 上有 8 个套管。这些套管内径为 0 . 864 m（模型 0 . 012 m）。在 IBC 两端有一些升降杆茎，其外径为 0 . 914
收稿日期：2003-05-12 作者简介：杨建民（1958 - ），男，浙江湖州人，教授，博导，主要从事船舶与海洋结构物设计制造研究。
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海洋工程
第 2l 卷
l 几何形 Spar 与集成浮力桶
几何形 Spar 壳体是对常规 Spar 和桁架式 Spa［r 5］改进设计的结合体，可望提高在波浪中的运动和受力的 总体性能并能相当可观地节省制造和安装费用。改进设计的创新主要在于：l）将常规 Spar 的圆柱形壳体改 为正八角形；2）将桁架式 Spar 的垂荡阻尼板对称布置在八角形外壳的四个边上形成一个正方形。通过采用 常规 Spar 而设计的八角形壳体的深吃水特征可减少桁架式 Spar 的波浪周期垂荡运动，同时采用桁架式 Spar 设计的垂荡阻尼板特征可减少传统 Spar 的长周期垂荡运动，从而使本设计的深海平台具有优良的性能。
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海洋工程
m（模型 0.013 m）。杆茎底端和ห้องสมุดไป่ตู้IBC 龙骨之间长度为 99 . 06 m（模型 1 . 415 m）。
第 21 卷
图 3 八角形 Spar 和 IBC 立体示意图 Fig. 3 Overview Of Spar and IBC
2 . 4 . 2 防护垫系统（Fendering SysIem） IBC 位于 Spar 壳体内部的中间位置，IBC 壳体与 Spar 壳体之间有 24 个防护垫，其布置如图 2 所示。
立管从 IBC 壳体底部的杆茎穿过套管，和位于 IBC 壳体顶部的 TLP 型张力管连接在一起，立管的下端则 固接于海底。立管采用钢缆和绳索模拟。IBC 中套管的内径为 0 . 864 m，模型为 0 . 012 3 m。杆茎由钢材制 成。IBC 中每根立管的张力 0 . 008 424 I，刚度为 0 . 124 2 I / m。
模型试验在海洋工程水池中进行，水池长 50 m，宽 30 m，水深 6 m，可模拟各种海洋环境条件，水深可借 大面积升降假底按要求调节。用于本项目的测试仪器如下：
非接触式的光学六自由度运动测量仪：用来测量模型的六个自由度运动，即：纵荡，横荡，垂荡，横摇，纵 摇及首摇；
三个电阻式浪高仪：用来测量造波机所造的不规则波浪； 4 个拉力传感器：用来测量系泊缆绳的张力； 4 个拉力传感器：用来测量立管的张力； l2 个压力传感器：用来测量 IBC 与 Spar 壳体之间防护垫的接触力； l 个位移传感器：用来测量 IBC 与 Spar 壳体之间的相对垂荡运动； 一台摄像机：用于记录模型在海洋环境作用下的运动情况。 !.# 坐标系统 本次试验采用大地坐标系 0 - XYZ 和随船坐标系 G - xyz，如图 l 所示。随船坐标系的原点在 IBC 的中 心位置。图中还给出了方向及正负号的定义。 ! . $ Spar 和 IBC 模型 根据研究所要求的海洋环境条件以及实验室设备情况，原型和模型之间线性缩尺比选为! = 70。设计 水深为 l 2l9 m，模型水深为 4 . 3 m。 八角形 Spar 和 IBC 系统主要由 Spar 壳体，甲板，IBC 及防护垫系统，升降杆茎，系泊系统，立管系统和张力 杆组成，如图 2 所示。图 3 给出了八角形 Spar 和 IBC 的立体示意图，以便对新型海洋平台有一个整体的了解。 Spar 壳体由有机玻璃和塑料板制成。 在 Spar 壳体 4 角边上共有 52 块阻尼板以减小垂荡运动。在 Spar 壳体每角边上，由 l3 块水平的阻尼板 连成单独的一排并连接在 Spar 壳体上。在 Spar 壳体的上部有 8 根桩柱支撑甲板，水平阻尼板和桩柱模型由 塑料制成。 Spar 壳体底部在圆池末端开口，由两层格栅覆盖。降落杆茎由框架限制。 2 . 4 . l IBC 集成浮力桶包括 IBC 壳体和立管。IBC 壳体是一个独立的漂浮系统，它与 Spar 壳体的吃水变化和垂荡 运动是分离而不相连的。