spar平台综述
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32505
2903 11340
15613
5987 15377
24040
ABS ABS
ABS
1996 1999
1999
Classic Classic
Classic
Nansen Boomvang Horn Mountain Medusa Gunnison Devil Tower Holstein Mad Dog
4、系泊系统/立管系统的作用与影响 系泊系统提供Spar平台部分自由度的恢复力,随着水深的增 加,系泊系统由悬链线锚链发展为半张紧式和张紧式系泊缆。 Spar平台的立管系统也随水深的不同而有顶张力立管和钢 悬链线立管等不同立管系统。顶张力立管位于Spar平台的 中央井中,而钢悬链线立管悬挂在甲板外侧。因此,对平台的 运动具有不同程度的影响。其影响也具有复杂的非线性， 也是Spar平台研究的关键问题。
立柱式平台（ SPAR ）
一、SPAR平台概况 二、SPAR平台典型整体组成 三、三代SPAR平台的发展 四、关键技术研究现状 五、中国南海应用前景分析
一、Spar平台概况
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。 Spar平台由于其经济性和稳定性优于其他浮式平台,在经过 短暂的二十几年来的发展中,已经开发出三代类型，分别为 经典式(Classic Spar)、桁架式(Truss Spar)和分简集束式(Ce1l Spar)。根据0ffshore的统计：截至2010年5月．全球共有17 座Spar平台，并且其中l6座在美国墨西哥湾运营,只有l座 (Kikeh)在马来西亚。Spar也被很多石油公司视为下一代深 水平台的发展方向。
2002 2003 2003 2004 2004 2004 2004 2005 2006 2008 2008 2004
Truss Truss
Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Cell
5320 5428 18950 11250 3357
Front Runner Constitution Kikeh Tahiti Perdido Red Hawk
1121 1052
1653 678 960 1710 1324 1347 1015 1515 1330 1250 2383 1615
165.5 165.5
169.1 178.6 167 178.6 227.3 169.1 179 168.8 141.7 169.2 170 170.7
The end
3.多柱式（Cell） Spar平台
● 主体上部由6个圆柱围绕一个中 心圆柱组成，主体下部为桁架式结构。 ● 上部各个单柱可以单独加工、运 输和安装，制造、运输和安装难 度小、方便。 ● 上部多柱部分结构安装螺旋侧板， 可以减小涡激振动响应。 ● 垂荡板安装在圆柱腿上，具有较 大垂荡附加质量和阻尼，低频运 动小。 ● 主体上部多柱结构安装侧板可以 有效降低涡激振动，但是侧板的 形式和安装方法需要进一步研究。 ● 施工安装过程运输方便，可以单 柱运输和安装。
27.4 27.4
32.3 28.6 29.9 28.65 45.5 39 28.6 29.87 32.3 39 36 19.5
10850 10850
13272 11700 12115 10623 21327 18934 12785 13426 13426 21800 20573 6532
4844 4899
二.SPAR平台 典型整体组成
典型的SPAR平台主要由四部 分组成：上部组块、主体、 系泊系统和立管系统，如图1 所示（以桁架型SPAR平台为 例）。三代SPAR平台深水SPAR平台的系泊索大多采用链-缆-链的张紧悬链线形式。每根系泊索 由三部分组成，最上面的部分称为船体链段，中间段为螺旋钢缆或合成缆（尼 龙缆或聚酯纤维缆），下部与海底链段相连.
南海的主要含油气构造位于500～2000m水深的海域,而Spar平台 适用的水深为600～3000m,适合南海的深水开发。而且,Spar平台 的运动稳定性好,其垂荡运动小可与张力腿平台媲美,其二阶慢漂 运动远远小于半潜式平台,并且作为移动式平台灵活性好。此外, 南海的海洋环境恶劣,台风频发,平台的动力稳定性显得尤为重要。 国外的开发经验表明,半潜式平台和张力腿平台均有失稳倾覆的 先例,唯有Spar平台还没有这样的先例。而且,南海的风浪周期和 涌浪周期一般为4～9s,最大为23s左右。而典型的Spar平台纵荡周 期为160s,纵摇周期为60s,因此,与波浪的周期相差较远。南海的风 海流和密度流的流速一般为0.1～0.2m/s,广东东部沿岸流速最大, 可达0.25～0.4m/s。如果Spar平台的有效直径按30m计算,则涡泄 周期分别为750s和375s,与Spar平台的纵荡周期160s相差甚远。因 此,只要能够针对南海特殊的海洋环境条件开发出合理的Spar平台 结构,Spar平台就能够在中国南海深水海域的油气资源开发中发挥 积极的作用。
3992 5443 5171 3456 15766
7938 7938
9979 8890 9770 7711 23991 22226 9770 9770 26230 18250 4264
ABS ABS
ABS ABS ABS ABS ABS ABS ABS ABS DNV ABS ABS
2001 2001
现役SPAR平台一览表
平台名称 作业水 深/m 主体尺度 长度/m 直径/m 主体重 上部组块重 有效载 平台入 建成年 量/t 量/t 荷/t 籍 代 类型
Neptune Genesis
Hoover/Diana
588 792
1463
215 214.9
214.9
21.9 37.2
37.2
11698 26036
2
系 泊 系 统
3 立 管 系 统
SPAR平台的立管系统向上与平台上体的 生产设备相连，向下则深入海底，可实 现采油（气）、注水、外输等功能。立 管系统根据设计需要可以在顶部张紧式 立管(TTR)和钢制悬链线立管（SCR）间 进行选择。
三.三代SPAR平台的发展
第一代：经典（CLASSIC）SPAR平台； 第二代：桁架式(TRUSS) SPAR平台 第三代：群柱式（CELL） SPAR平台
3、涡激振荡(VIM)及控制技术 Spar平台是直立漂浮在水中的圆柱体,系泊系统提供其纵荡 和横荡恢复力,因此,在海流的作用下,平台将发生涡激振荡 (Vortex Induced Motion)。由于Spar平台的吃水深,流经壳体 的流是非均匀的。Spar平台的涡激振荡是一个复杂的非线 性问题，对其研究以及对控制方法的研究也是Spar平台研 究的热点问题。
2、垂荡/纵摇运动不稳定性及控制技术 Spar平台的垂荡运动和纵摇运动是强烈的耦合运动,当纵摇 固有频率等于2倍的垂荡固有频率时,极易发生耦合的不稳定 运动,被称为不稳定区。在不稳定区,即使在小波浪条件下,纵 摇运动也是不稳定。研究表明,加装螺旋板和垂荡板可以使 不稳定区最小,虽然螺旋板和垂荡板不能改变垂荡和纵摇周 期,但能够通过增大阻尼而使纵摇运动稳定、防止垂荡共振。 因此,由于增大的粘滞阻尼,Truss Spar平台的运动稳定性优于 Classic Spar平台。 在长周期波浪荷载作用下,Classic Spar平台可能产生垂荡共 振,壳体形状的变化可以有效地改变垂荡峰值响应周期,从而 远离波浪卓越周期,而且,粘滞阻尼也可以进一步抑制垂荡共 振。因此,可以通过改变壳体形状和增大阻尼来改变平台的 垂荡固有频率,避免垂荡共振的发生。
四、关键技术研究现状
1、波浪荷载及平台运动响应 Spar平台的运动周期长,墨西哥湾典型的Spar平台固有周期为:纵 荡160s、纵摇60s、垂荡28s。因此,对一阶波浪荷载的响应较小。 其较大的纵荡运动主要是二阶波浪荷载和涌浪引起的长周期慢漂 运动,最大二阶慢漂运动幅度可达水深的6%～10%。研究认 为,Morison方程作为细长圆柱体的二阶绕射-辐射理论的近似是不 适宜的。对于细长圆柱体,Morison方程等同于绕射理论的概念在 考虑非线性项的影响时是不准确的,就二阶波浪力而言,二阶 Morison方程的非线性项影响与任意细长结构的二阶绕射-辐射理 论的影响是完全不同的。 研究认为,仅用线性波浪-结构相互作用理论不能很好地预测平台 响应, 原因在于这些模型忽略了波浪之间的相互作用，必须采用 二阶波浪-结构相互作用理论并考虑粘滞和波漂阻尼才能可靠地 预测Spar平台的运动。
1.经典SPAR
主要运动性能有主体决定。主体为直径 20-30米、高200米左右的圆筒。影响运动的 主要参数包括：重心高、浮心高、稳心高。 由于纵荡周期很大，一般不会发生纵荡共振， 但是对于低频波浪（长峰波）敏感，低频波 浪会引起大幅运动。此外，垂荡和纵摇耦合 运动，发生Mathieu失稳。特点是对于水深 不敏感，此外主体发生涡激振动也是要关注 的问题，主体螺旋侧板可以抑制涡激振动发 生，但是螺旋侧板的设计是需要探讨的问题。
五．中国南海应用前景分析
素有“第二个波斯湾”之称的 南中国海被列为中国十大油气 战略选区之一,数据显示,南海有 含油气构造200多个,油气田180 个。仅在曾母盆地、沙巴盆地、 万安盆地的石油总储量就将近 200亿t,据估计,南海的石油总储 量为230～300亿t,开发潜力巨大。 专家预测,南海油气资源可开发 价值超过20万亿元人民币。在 未来20年内只要开发30%,每年可 为中国GDP增长贡献1～2个百分 点。目前,国土资源部等有关部 门已经在南海南部的14个主要 盆地进行了油气资源评价。
2.Truss SPAR（桁架式）平台
该类型平台主体尺度为经典平台0.5-0.35 倍，减少了成本，增加了立柱和垂荡板。与经 典平台水动力和运动方面的区别是： ● 垂荡板部分增加了垂荡阻尼，垂荡运 动减小显著，平台运动稳定性提高。 ● 由于水下结构为桁架，降低了流体的 拖曳载荷，主要是洋流载荷，从而水 平运动可以减小。 ● 垂荡板部分显著增大了附连水质量， 拉长垂荡运动固有周期，减少了与波 浪频率发生共振的可能性。 ● 垂荡板一般都伸出桁架式主体的边沿， 可以抑制旋涡的生成，涡激振动响应 减小。 ● 对低频波浪响应不象经典平台那么剧 烈，所以封闭式主体排水量允许减小。
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Classic Classic
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Nansen Boomvang Horn Mountain Medusa Gunnison Devil Tower Holstein Mad Dog
4、系泊系统/立管系统的作用与影响 系泊系统提供Spar平台部分自由度的恢复力,随着水深的增 加,系泊系统由悬链线锚链发展为半张紧式和张紧式系泊缆。 Spar平台的立管系统也随水深的不同而有顶张力立管和钢 悬链线立管等不同立管系统。顶张力立管位于Spar平台的 中央井中,而钢悬链线立管悬挂在甲板外侧。因此,对平台的 运动具有不同程度的影响。其影响也具有复杂的非线性， 也是Spar平台研究的关键问题。
立柱式平台（ SPAR ）
一、SPAR平台概况 二、SPAR平台典型整体组成 三、三代SPAR平台的发展 四、关键技术研究现状 五、中国南海应用前景分析
一、Spar平台概况
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。 Spar平台由于其经济性和稳定性优于其他浮式平台,在经过 短暂的二十几年来的发展中,已经开发出三代类型，分别为 经典式(Classic Spar)、桁架式(Truss Spar)和分简集束式(Ce1l Spar)。根据0ffshore的统计：截至2010年5月．全球共有17 座Spar平台，并且其中l6座在美国墨西哥湾运营,只有l座 (Kikeh)在马来西亚。Spar也被很多石油公司视为下一代深 水平台的发展方向。
2002 2003 2003 2004 2004 2004 2004 2005 2006 2008 2008 2004
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Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Truss Cell
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Front Runner Constitution Kikeh Tahiti Perdido Red Hawk
1121 1052
1653 678 960 1710 1324 1347 1015 1515 1330 1250 2383 1615
165.5 165.5
169.1 178.6 167 178.6 227.3 169.1 179 168.8 141.7 169.2 170 170.7
The end
3.多柱式（Cell） Spar平台
● 主体上部由6个圆柱围绕一个中 心圆柱组成，主体下部为桁架式结构。 ● 上部各个单柱可以单独加工、运 输和安装，制造、运输和安装难 度小、方便。 ● 上部多柱部分结构安装螺旋侧板， 可以减小涡激振动响应。 ● 垂荡板安装在圆柱腿上，具有较 大垂荡附加质量和阻尼，低频运 动小。 ● 主体上部多柱结构安装侧板可以 有效降低涡激振动，但是侧板的 形式和安装方法需要进一步研究。 ● 施工安装过程运输方便，可以单 柱运输和安装。
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13272 11700 12115 10623 21327 18934 12785 13426 13426 21800 20573 6532
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二.SPAR平台 典型整体组成
典型的SPAR平台主要由四部 分组成：上部组块、主体、 系泊系统和立管系统，如图1 所示（以桁架型SPAR平台为 例）。三代SPAR平台深水SPAR平台的系泊索大多采用链-缆-链的张紧悬链线形式。每根系泊索 由三部分组成，最上面的部分称为船体链段，中间段为螺旋钢缆或合成缆（尼 龙缆或聚酯纤维缆），下部与海底链段相连.
南海的主要含油气构造位于500～2000m水深的海域,而Spar平台 适用的水深为600～3000m,适合南海的深水开发。而且,Spar平台 的运动稳定性好,其垂荡运动小可与张力腿平台媲美,其二阶慢漂 运动远远小于半潜式平台,并且作为移动式平台灵活性好。此外, 南海的海洋环境恶劣,台风频发,平台的动力稳定性显得尤为重要。 国外的开发经验表明,半潜式平台和张力腿平台均有失稳倾覆的 先例,唯有Spar平台还没有这样的先例。而且,南海的风浪周期和 涌浪周期一般为4～9s,最大为23s左右。而典型的Spar平台纵荡周 期为160s,纵摇周期为60s,因此,与波浪的周期相差较远。南海的风 海流和密度流的流速一般为0.1～0.2m/s,广东东部沿岸流速最大, 可达0.25～0.4m/s。如果Spar平台的有效直径按30m计算,则涡泄 周期分别为750s和375s,与Spar平台的纵荡周期160s相差甚远。因 此,只要能够针对南海特殊的海洋环境条件开发出合理的Spar平台 结构,Spar平台就能够在中国南海深水海域的油气资源开发中发挥 积极的作用。
3992 5443 5171 3456 15766
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ABS ABS
ABS ABS ABS ABS ABS ABS ABS ABS DNV ABS ABS
2001 2001
现役SPAR平台一览表
平台名称 作业水 深/m 主体尺度 长度/m 直径/m 主体重 上部组块重 有效载 平台入 建成年 量/t 量/t 荷/t 籍 代 类型
Neptune Genesis
Hoover/Diana
588 792
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11698 26036
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系 泊 系 统
3 立 管 系 统
SPAR平台的立管系统向上与平台上体的 生产设备相连，向下则深入海底，可实 现采油（气）、注水、外输等功能。立 管系统根据设计需要可以在顶部张紧式 立管(TTR)和钢制悬链线立管（SCR）间 进行选择。
三.三代SPAR平台的发展
第一代：经典（CLASSIC）SPAR平台； 第二代：桁架式(TRUSS) SPAR平台 第三代：群柱式（CELL） SPAR平台
3、涡激振荡(VIM)及控制技术 Spar平台是直立漂浮在水中的圆柱体,系泊系统提供其纵荡 和横荡恢复力,因此,在海流的作用下,平台将发生涡激振荡 (Vortex Induced Motion)。由于Spar平台的吃水深,流经壳体 的流是非均匀的。Spar平台的涡激振荡是一个复杂的非线 性问题，对其研究以及对控制方法的研究也是Spar平台研 究的热点问题。
2、垂荡/纵摇运动不稳定性及控制技术 Spar平台的垂荡运动和纵摇运动是强烈的耦合运动,当纵摇 固有频率等于2倍的垂荡固有频率时,极易发生耦合的不稳定 运动,被称为不稳定区。在不稳定区,即使在小波浪条件下,纵 摇运动也是不稳定。研究表明,加装螺旋板和垂荡板可以使 不稳定区最小,虽然螺旋板和垂荡板不能改变垂荡和纵摇周 期,但能够通过增大阻尼而使纵摇运动稳定、防止垂荡共振。 因此,由于增大的粘滞阻尼,Truss Spar平台的运动稳定性优于 Classic Spar平台。 在长周期波浪荷载作用下,Classic Spar平台可能产生垂荡共 振,壳体形状的变化可以有效地改变垂荡峰值响应周期,从而 远离波浪卓越周期,而且,粘滞阻尼也可以进一步抑制垂荡共 振。因此,可以通过改变壳体形状和增大阻尼来改变平台的 垂荡固有频率,避免垂荡共振的发生。
四、关键技术研究现状
1、波浪荷载及平台运动响应 Spar平台的运动周期长,墨西哥湾典型的Spar平台固有周期为:纵 荡160s、纵摇60s、垂荡28s。因此,对一阶波浪荷载的响应较小。 其较大的纵荡运动主要是二阶波浪荷载和涌浪引起的长周期慢漂 运动,最大二阶慢漂运动幅度可达水深的6%～10%。研究认 为,Morison方程作为细长圆柱体的二阶绕射-辐射理论的近似是不 适宜的。对于细长圆柱体,Morison方程等同于绕射理论的概念在 考虑非线性项的影响时是不准确的,就二阶波浪力而言,二阶 Morison方程的非线性项影响与任意细长结构的二阶绕射-辐射理 论的影响是完全不同的。 研究认为,仅用线性波浪-结构相互作用理论不能很好地预测平台 响应, 原因在于这些模型忽略了波浪之间的相互作用，必须采用 二阶波浪-结构相互作用理论并考虑粘滞和波漂阻尼才能可靠地 预测Spar平台的运动。
1.经典SPAR
主要运动性能有主体决定。主体为直径 20-30米、高200米左右的圆筒。影响运动的 主要参数包括：重心高、浮心高、稳心高。 由于纵荡周期很大，一般不会发生纵荡共振， 但是对于低频波浪（长峰波）敏感，低频波 浪会引起大幅运动。此外，垂荡和纵摇耦合 运动，发生Mathieu失稳。特点是对于水深 不敏感，此外主体发生涡激振动也是要关注 的问题，主体螺旋侧板可以抑制涡激振动发 生，但是螺旋侧板的设计是需要探讨的问题。
五．中国南海应用前景分析
素有“第二个波斯湾”之称的 南中国海被列为中国十大油气 战略选区之一,数据显示,南海有 含油气构造200多个,油气田180 个。仅在曾母盆地、沙巴盆地、 万安盆地的石油总储量就将近 200亿t,据估计,南海的石油总储 量为230～300亿t,开发潜力巨大。 专家预测,南海油气资源可开发 价值超过20万亿元人民币。在 未来20年内只要开发30%,每年可 为中国GDP增长贡献1～2个百分 点。目前,国土资源部等有关部 门已经在南海南部的14个主要 盆地进行了油气资源评价。
2.Truss SPAR（桁架式）平台
该类型平台主体尺度为经典平台0.5-0.35 倍，减少了成本，增加了立柱和垂荡板。与经 典平台水动力和运动方面的区别是： ● 垂荡板部分增加了垂荡阻尼，垂荡运 动减小显著，平台运动稳定性提高。 ● 由于水下结构为桁架，降低了流体的 拖曳载荷，主要是洋流载荷，从而水 平运动可以减小。 ● 垂荡板部分显著增大了附连水质量， 拉长垂荡运动固有周期，减少了与波 浪频率发生共振的可能性。 ● 垂荡板一般都伸出桁架式主体的边沿， 可以抑制旋涡的生成，涡激振动响应 减小。 ● 对低频波浪响应不象经典平台那么剧 烈，所以封闭式主体排水量允许减小。