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。张力腿平台在各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，一座典型的TLP，其垂荡运动的固有周期为2~4s，而纵横荡运动的固有周期为100~200s，这就避免了调和共振的发生，显示出良好的稳定性。

一座典型的TLP平台的总体结构，一般都是矩形或三角形，平台上体位于水面以上，通过4根或是3根立柱连接下体，立柱为圆柱型结构，主要作用是提供给平台本体必要的结构刚度。平台的浮力由位于水面之下的沉体浮箱提供，浮箱首尾与各立柱相接，形成环状结构。张力腿与立柱呈一一对应，每条张力腿由1~4根张力筋腱组成，上端固定在平台本体上，下端与海底基座模板相连，或是直接连接在桩基顶端。有时候为了增加平台系统的侧向刚度，还会安装斜线系泊索系统，作为垂直张力腿系统的辅助。海底基础将平台固定入位主要有桩

基或是吸力式基础两种形式。中央井位于平台上体，可以支持干树系统，生产立管通过中井上与生产设备相接，下与海底油井相接。

张力腿平台的总体结构特点，使它在深海作业具有运动性能好，抗恶劣环境作用能力强，造价低等优点，并且便于移位，可以重复利用，通用性好。因此，张力腿平台作为优秀的深海平台，受到世界多国的高度重视，我国也将TLP技术列入第二个“863”计划，其发展一直朝气蓬勃。

2、典型TLP的发展状况

由于TLP在经济上和技术上的优势，使其获得了很大的发展。从1990年至今，世界上相继建成8座典型的TLP，不断地打破水深和吨位的世界记录，并时有创新成果出现。

1992年，挪威的saga石油公司在snorre油田第一期的开发工作中采用了TLP的设计方案，这是北海区域第一座真正意义上的深水平台结构，它引进了一种简单经济的海洋浮式结构的锚固基础——裙式重力基础，第一次使用轻质紧密型混凝土（LWA）制造大型吸力锚。Snorre平台的混凝土基座是一种新型经济的海洋浮体结构的基础形式，比较适合软粘海底地基。Snorre TLP的产权后来划归Norsk Hydro石油公司所有。

1995年，世界上第一座混凝土结构的张力腿平台在北海的Heidrun油田建成，平台的业主是挪威的conoco石油公司，Heidrun TLP与其它的TLP相比，具有较大的吃水，平台本体和张力腿系统通过结构调整减小了一阶波浪运动，但是，结构高阶的Ringing较其他TLP显著。

从1994年到2001年，shell石油公司在墨西哥湾相继制造了五座典型的TLP，分别是Auger、Mars、Ram/Powell、Ursa和Brutus，1999年，BP建成了该公司第一座TLP，这6座张力腿平台接连打破了深海采油平台工作水深的世界记录，其中Ursa的水深更是突破了千米大关，达到了1158米，证明了TLP设计在深水海域的实用性，从吨位上来看，Ursa 是世界上目前最大的TLP，排水量达到了97500t。

典型TLP是目前世界上数量最多的TLP，占了平台总数的一半以上，并正朝着更大水深，更大吨位的方向发展。表1是典型TLP的资料。

表1 1990年后建成的典型TLP基本情况

目前张力腿平台有以下几种结构型式：传统式(Conventional TLP)，海之星(Seastar TLP)，MOSES (MOSES TLP)，伸张式(ETLP)，其中后三种型式相对于传统式可统称为新型TLP。新型TLP的出现，使得TLP在安装技术及成本等方面有所改善，从而提高了TLP在各种浮式钻采平台的竞争力。

3、Mini－TLP的发展状况

Mini－TLP不是一种简单缩小化的传统类型TLP，它通过对平台上体、立柱以及张力腿系统进行结构上的改进，从而达到优化各项参数、以更小吨位获得更大载荷的目标，以MODEC 公司生产的Prince Mini-TLP为例，该平台的排水量为13200t，上体重量5500t，而一座具有相近上体重量的传统类型TLP，如Jolliet TLP，其排水量却有16700t。Mini-TLP体积小、造价低、灵活性好、受环境载荷的影响也较传统TLP要小，非常适合于开发中小油田。自1998年7月世界上第一座Mini-TLP—British Borneo公司的Morpeth TLP安装下水以来，Mini-TLP在生产领域的应用发展迅速，截至2003年初，全世界已有在役的Mini-TLP五座，另有一座在建，发展前景良好。目前，世界上出现的Mini-TLP主要由两大系列，一是由Atlantia公司设计的SeaStar TLP系列，一是由MODEC公司设计的MOSES TLP 系列，下文就将分别对这两种类型的Mini-TLP进行详细论述。

(1) SeaStar Mini-TLP

SeaStar TLP是最早按照Mini-TLP概念设计的张力腿平台（图1），该TLP由Atlantia 公司设计，经过多年的生产实践，SeaStar TLP被公认为一种安全、可靠、稳定、经济的张力腿平台形式，并已形成了一个完整的系列，其技术已经趋于成熟。

SeaStar TLP打破了传统类型TLP的三柱或四柱式结构，其主体采用了一种非常独特的单柱式设计，这一圆柱体结构称为中央柱，中央柱穿过水平面，上端支撑平台甲板，在接近下端的部位，通过内部的水平和斜拉牵条连接固定了三根矩形截面的浮筒，各浮筒向外延伸成悬臂梁结构，彼此在水面上的夹角为120度，形成辐射状，且浮筒的末端截面逐渐缩小。