发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战

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1、第!#卷第$!期石油机械!"""年!专题综述"发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战###段梦兰李秀巧（中国船级社技术研究开发中心）（中原石油勘探局钻井管具工程一处）赵秀菊陈胜（胜利石油管理局钻井工艺研究院）（胜利石油职工大学）摘要海洋石油开采的成本随水深的增加而增长。水越深，环境越恶劣，对钻井和采油平台的要求越苛刻。为迎接深水钻井和采油的挑战，!"世纪#"年代开发出集中海洋结构设计、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的张力腿平台。阐述了这类平台的结构及特点、研究内容与设计流程，并对张力腿平台最难以解决的动力响应研究

2、进行了分析。张力腿平台满足了深水石油开采的需要，是$#!%&水深范围内钻井和采油的理想设备。主题词张力腿平台结构设计动力响应深水钻井随着海洋石油勘探逐步向深水发展，深水钻采（$#!%&）水深范围内钻井和采油的理想设备。设备受到世界上主要海洋石油生产大国的关注，先后发展了三大类适合于深水作业的钻井和采油平’-/的结构特点台：半潜式平台、钻井船和张力腿平台（’()*+,)-(./0123,4&，简称’-/）。其中张力腿平台具有突出’-/实质上是将半潜式平台的悬链式系泊系统优点，它在借鉴半潜式平台和钻井船技术和经验的用刚性张力腿代替，依据船体的浮力使张

3、力腿始终基础上，经过十几年的努力，进入了实际使用处于伸张状态。由于张力腿（一般为5个腿，每个阶段。腿由5根管柱组成）的刚性作用使平台位移很小，从$%#5年678767公司在9:22,)油田建立起特别是偏移和触底很小，几乎消除了转动位移。这世界上第一座’-/至今，已有%座’-/投入使用或些特点大大改善了深水作业，可将井口系统从海底正在建造中，在9:22,)’-/（水深$;<&）之后，有搬到水面，既方便了钻井作业，又可在平台上直接=),44(（水深>>%&）、9(+?4:)（水深><"&）、@4(()处理原油，是深水石油开采的一个重大突破。61)A,

4、:!!#（水深<$#&）、B,00+(2（水深<><&）、C:D典型张力腿平台结构包括5大部分。.(4（水深#;!&）、E14*（水深#%F&）、G1&H/,I(00（$）上部结构。这里主要强调平台的气隙，须（水深%#"&）和J4*1。日本也正在建造一座B7KC保证在任何海况下波浪不会漫到甲板上。’-/，用于更深水的作业。（!）船体。包括空心立柱和浮体。立柱内主要’-/满足了深水石油开采的需要，是F"""32存放安装和拆除张力腿的设施，浮体提供浮力。#中国科学院“九五”重大项目预研基金和中国博士后科学基金资助项目。##段梦兰，研究员，生于$%FF

5、年，$%#;年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，$%%>年在石油大学（北京）获博士学位。现从事海洋石油工程、工程结构的随机振动与振动控制、结构和材料的疲劳断裂与损伤理论、受损结构有限元分析技术、冰工程力学等领域的研究工作。地址：（$""""F）北京市东黄城根南街。电话：（"$"）F<$>FF%$（办）或F5%>;;F<（宅）。LH&1+0：&0?:1)MNN*O,4.ON)。（收稿日期：!"""H"5H$"；修改稿收到日期：!"""H";H">）第(,卷第&(期段梦兰等：发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战%+（!）张力腿及作业立管。张力腿无论在何种海

6、最大波高和周期，极限风速和潮流速度等。况下都给平台提供张力，一般设计成大直径而壁薄基本设计的最后是确定如下参数：平台整体质的管柱结构，具有自浮能力并易于拖航，它限制量及各部分的质量组成与布局，平台最大承重、甲"#$的水平位移，并抑制浪激船体的运动。作业立板上的井场、生活区间、防火系统、救生系统、井管包括隔水套管、油管及钻柱，是通往油层的通道。口和原油处理系统等的具体布局，甲板尺寸（长、（%）基础及基础联接。这是通过混凝土沉墩和宽、高）与质量，船体结构尺寸和质量、吃水深设置井口来实现的。混凝土沉墩将每个张力腿的%度、排水体积或质量、张力腿和立柱尺寸

7、、立柱的根立柱固结在海底；井口既可控制通往油层流体的总数量、立柱的预张力（直接控制平台的承载和操流动，又实现作业立管的质量由海底支承，而非作）、平台的总极限附加质量。"#$的甲板，从而改善了平台的受力。(.概念设计图&为典型的张力腿平台结构示意图。也包含了部分基本设计，主要是要通过系统组合和动力分析对各部分结构进行具体设计：（&）拖航和作业的稳定性分析；（(）偏移、吃水增量的计算与补偿；（!）水动力学研究，包括流体对船体、张力腿和作业立管的作用及其耦合作用；流体的绕射和涡流；流体阻尼的确定，有待做大量的试验和理论研究；（%）风力计算与潮、流的作用

8、；（)）动力响应的研究，对于张力腿平台，这一研究是困难的，但又必不可少，笔者做专门讨论。!.最后详细设计（&）结构与造船工程设计主要是船