自升式钻井平台压载原理

纵向重心LCG，船尾为０，向船头正值
横向重心TCG，中轴线为０，左负右正 垂向重心，以船底为０，向上正值，向下负值
二
第六节 压载的计算

压载如何计算
LCG
每个桩脚的分配系数：
桩脚负荷分配系数
船首 Cf=(LCG-14.63)/(39.62) 右舷 Cs=(54.25-LCG)/(2*39.62)-TCG/45.72 Cp=(54.25-LCG)/(2*39.62)+TCG/45.72 左舷
二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
由风力引起的桩脚附加力
二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
海底能承受的压力 因通过海底地质 调查获得参数
二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
第一步，根据压载前的所有可变负荷和平台的总体 重量，计算出在压载前平台各个桩脚的受力。

第二步，根据当前工作水深和抗风要求，从风、浪 流对桩脚的附加负荷表格中查到相应的数据，将风 力和浪流力附加到每个桩脚上，得出每个桩脚需要 达到的总受力。
平台重心及重量 平台横向重心 平台纵向重心 LCG TCG (m) 26.99 (m) 0.06 平台总重 WEIGHT (t) 7402.858
桩脚负荷分配系数
Cf=(LCG-14.63)/(39.62) Cs=(54.25-LCG)/(2*39.62)-TCG/45.72 Cp=(54.25-LCG)/(2*39.62)+TCG/45.72

二
第四节 环境载荷的来源

压载如何计算
环境载荷有哪些？
风力F1 波浪流力F2
二
第四节 环境载荷的来源

压载如何计算
谁能与环境载荷
进行对抗？ 重力W 桩脚支撑力： R1和R2

二
压载如何计算
第四节 环境载荷的来源

环境载荷对桩脚支撑力的影响？
平台的钢结构是弹性的，因此风力和涌浪流力会造 成平台摇摆，摇摆幅度计算由于过于复杂，只能要 求设计公司计算后提供数据。 受到风力和涌浪流力一侧的桩脚支撑力减少，但是 对应一侧的桩脚支撑力将大大增加，增加多少？也 只能让设计公司提供。


二

压载如何计算
第七节 桩脚压力和地层承压能力的校核 各个桩脚压载量计算出来之后，就需要计算桩脚 平台给桩 对海底的压力来核算地层是否满足压载的要求。 脚的重力
项目 桩脚号 桩脚位置 桩脚负荷分配系数 升降状态桩脚负荷(得自 升降状态计算表) 压载状态桩脚静负荷 风力附加的预计负荷 波浪流附加的预计负荷 压载所需总负荷 1 前（F） 0.3284 2308.73 满足 4034.06 满足 1101.00 443.00 3852.73

二
第六节 压载的计算

压载如何计算
压载总负荷不能大于桩脚最大安全负荷，11米气 隙的时候。
项目 各桩脚负荷 1 前（F） 0.3284 2308.73 满足 4034.06 满足 1101.00 443.00 3852.73
#
公式 3 左（P） 0.3366 满足 4134.45 系数*平台总重 满足 1101.00 443.00 4100.65 4+6+7 Cf，Cs，Cp 2556.65 系数*平台总重
二
第六节 压载的计算

压载如何计算
查环境载荷（以HY935数据为例子）： 水深80米，波高14米（46ft)，流速1节，风速 100节，预计气隙28米。 查波浪流力得（443ｔ）YS - Sect 4-C r3wave.pdf 查风力得1101ｔ。该数据是气隙11米的数据， 如果气隙增大，怎么算？YS - Sect 4-J r3wind.pdf


二

压载如何计算
第六节 压载的计算 查环境载荷（以HY935数据为例子）： 在CCS的规范里面，计算风对平台的作用力时， 有一个高度系数Ch。从风力的计算公式可以看 出，我们只要用11米气隙查出的数据乘上高度系 数即可这个例子暂时不计气隙增高的影响（后面 讨论）。
二

压载如何计算
第六节 压载的计算 查环境载荷（以HY935数据为例子）： 当气隙28米时，平台处于28～50米的高度，因 此可以取一个高度系数1.20～1.3。(注意，这里 以原平台受风面在海面上10米做假设，是偏于保 守的）

中国船级社的规范：要求选择的环境载荷至少是５ ０年一遇：
波浪环境：根据预计使用海区的统计资料和一套复 杂的计算理论，取得波浪的波高、周期，然后计算 波浪给平台的受力 海流环境：根据预计使用海区的统计资料获取最大 流速，使用获得船级社认可的理论计算受力 如果业主有特别要求，设计公司还需要选取地震、 海床承受能力、温度、污底、冰雪的环境参数并计 算其载荷

二
第四节 环境载荷的来源

压载如何计算
环境载荷估算究竟复杂到什么程度？
风力：

影响风力因素：速度、形状、面积、离海面高度
二
第四节 环境载荷的来源

压载如何计算
环境载荷估算究竟复杂到什么程度？
波浪力： 影响因素： 波高、周期 结构形状
二
第四节 环境载荷的来源

0.312 0.343 0.345
二
第五节 压载量的决定

压载如何计算


根据操作手册提供的桩脚受力分配公式将平台重量 分配到各个桩脚上： 参考线 重力分配原理： 以参考线为支撑，计算弯矩 W×L＝R1×L1 R1=W ×L/L1： L L1 R1
二
压载如何计算
第五节 压载量的决定

重心的数据常用零位定义（跟设计公司的习惯有 关）：
0.312 0.343 0.345
二
第六节 压载的计算

压载如何计算
根据平台总重量和分配系数，可以计算出当前桩 脚受力：

图上的“满足” 是用一个简单的比较公式计算的 结果：如果桩脚负荷小于该桩脚最大许可动载荷 就显示满足。
项目 桩脚号 桩脚位置 桩脚负荷分配系数 升降状态桩脚负荷 1# 前（F） 0.3119 2308.73 满足 各桩脚负荷 2# 右（S） 0.3428 2537.48 满足 3# 左（P） 0.3454 满足 Cf，Cs，Cp 2556.65 系数*平台总重 公式


二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
这里用自主开发的一个EXCEL文件计算书为例子进 行说明。

第一步还是算出压载前的平台总重量，包括横向和 纵向重心位臵。--HY935稳性计算书
然后根据操作手册里面提供的平台重量分配系数计 算作用在各个桩脚上的重量。

二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
经过计算获得平台重量重心：
二
第一节 常规做法

压载如何计算
通常，压载是由平台设计公司提供合适的程序进行 计算，或者是提供典型的工况的典型压载数据而不 必进行计算。 按程序进行计算，需要有一套模拟恶劣工况资料， 包括了不同水深不同风力不同海流的数据。其优点 是可以针对不同情况选择不同的压载量，缺点是需 要人工计算，存在算错的风险。
按典型数据压载则比较简单，安全系数高。


二
压载如何计算
第二节 设计公司如何确定环境参数

设计平台前，先根据业主和规范的要求，选择最恶 劣的工况环境：
中国船级社的规范：要求选择的环境载荷至少是５ ０年一遇：


也可以让公认的实验室进行风洞试验获取准确数据。
二
压载如何计算
第二节 设计公司如何确定环境参数


一

为什么要压载？
恶劣的外界环境，包括：
风，台风、季候风
海浪、涌、海流 海冰 地震、海啸
一

为什么要压载？
压载中可能碰到的问题：
桩脚入泥过深，导致拔桩异常困难。
压载过程中碰到某个桩脚突然下沉，造成平台大幅 倾斜（穿刺）。

压载完成后，在作业过程中出现平台下沉（冲刷和 地基液化）。
#
二

压载如何计算
第七节 桩脚压力和地层承压能力的校核 两者之和为海底承受的重量R： 桩脚分配到的重量Wp 桩脚自身的重量Wleg。 R=Wp+Wleg Wp Wleg
二

压载如何计算
压载如何计算
环境载荷估算究竟复杂到什么程度？
环境载荷估算究竟复杂到什么程度？ 海流力： 影响因素： 流速和水深

结构形状
二
压载如何计算
第五节 压载量的决定

要确定一个平台究竟需要多少压载量，需要一些资 料和数据： 压载是为了抵抗环境载荷，那么环境载荷究竟是多 少？ 压载既然是为了在海底站稳脚跟，那么海底究竟能 承受多大的力量？
二
压载如何计算
第四节 环境载荷的来源

谁提供环境载荷的数据？
设计公司，由于风力和波浪流这些环境载荷的计算 理论很复杂，可以要求设计公司根据不同的水深、 风速、流速、平台气隙、桩脚入泥等参数计算出相 应的环境载荷，然后用图表的形式提供给使用者。 委托独立的研究单位进行研究，并最后通过船级社 的审批。
二

压载如何计算
第六节 压载的计算 因此可以算出水深80米，波高14米（46ft)，流 速1节，风速100节，气隙28米的环境载荷为： 波浪流力443ｔ+风力1101ｔ×1.25＝1819ｔ


这个环境载荷是可能作用在每个桩脚上的，因此 压载的时候就需要在每个桩脚上都达到这个载荷。
总的需要压载量就是3×1819＝5457ｔ。（这 个压载量是偏于保守的）


二
压载如何计算
第五节 压载量的决定

环境载荷，设计公司将计算出来的数据制作成图表， 并经过船级社认可。我们需要做的就是根据风力和 水深、波高、流速从相应的图里面查询即可。 这样做的好处是可以针对不同海底选择不同的压载 量。 下面显示几个图表。


二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
由波浪流引起的桩脚附加力。

中国船级社的规范：要求选择的环境载荷至少是５ ０年一遇：
波浪环境：根据预计使用海区的统计资料和一套复 杂的计算理论，取得波浪的波高、周期，然后计算 波浪给平台的受力 海流环境：根据预计使用海区的统计资料获取最大 流速，使用获得船级社认可的理论计算受力


二
压载如何计算
第二节 设计公司如何确定环境参数
第三步，根据每个桩脚的总受力，往压载舱里面分 配压载水，只要压载水的重量能让桩脚总受力超过 预计的重量即可。

二
第五节 压载量的决定

压载如何计算
第四步，根据计算出来的桩脚受力，以及桩脚的桩 靴水平投影面积，计算出桩脚对海底的受力，一般 是使用压强的Mpa为单位。 第五步，根据计算出的桩脚压强，将其与当时井位 的海底地质资料对比，预估入泥深度，确认桩脚是 否在稳定的地层深度。 如果不能达到地质资料显示的稳定地层，则要进行 分析，一般采取增大压载量以达到稳定地层。
#
各桩脚负荷 2 右（S） 0.3350 2537.48 满足 4115.28 满足 1101.00 443.00 4081.48
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公式 3 左（P） 0.3366 满足 4134.45 系数*平台总重 满足 1101.00 443.00 4100.65 4+6+7 Cf，Cs，Cp 2556.65 系数*平台总重
自升式钻井平台压载原理 2009年2月27日
一

为什么要压载？
自升式平台的压载，与陆地建造高楼打地基的原理 一样，是为了获得一个稳定的基础。避免极限恶劣 的环境条件造成平台的倾覆和损坏。 压载方法是模拟恶劣环境造成的力作用在钻井平台 上。有增加海水的方法（三个桩脚的平台）或者使 用平台的自重单独作用到其中两个桩脚上（四个桩 脚的平台） 压载目的是检验在外力作用下是否会产生倾斜甚至 倾覆。
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桩脚号 桩脚位置 桩脚负荷分配系数 升降状态桩脚负荷(得自 升降状态计算表) 压载状态桩脚静负荷 风力附加的预计负荷 波浪流附加的预计负荷 压载所需总负荷
2 右（S） 0.3350 2537.48 满足 4115.28 满足 1101.00 443.00 4081.48
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二

压载如何计算
第六节 压载的计算 求出需要的压载量之后，就是往各个压载舱加水， 调整压载水的分布以满足各个桩脚压载量要求了。 各个压载舱的水量调整直接反应到各个桩脚重量 的分布。 也可以根据需求往相应桩腿附近的压载舱内加水， 进行单桩压载。



二
压载如何计算
第三节 环境载荷和平台结构设计 当根据选取的环境参数计算出环境载荷后，还需要 根据业主要求的其他参数，比如可变负荷、作业水 深等参数进行结构设计 利用计算机建立平台的数据模型，计算出各种工况、 环境平台的受力，评估出安全系数。



将建立模型的方法理论和各种数据提交给船级社审 批，船级社则使用不同的方法进行计算，结果符合 了才算是审核通过。