一种新型干树式半潜平台设计

开发了一种新型的深吃水干树式半潜生产平台(TCDD-Semi),该平台可用于中国南海深水区域的油气田开发。它的一个显著特点是立柱的截面形状呈现为渐变形式,而非传统的等截面形式。立柱的底部最大,向上逐渐变小,再结合适当的下浮体设计,能够为平台在服役前期及在位状态时提供足够的浮力以及稳性。最重要的是这种新型立柱的设计能够明显地减小平台在恶劣海况时的垂向运动,从而使在平台上布置具有干式采油树的TTR立管系统成为可能。此外,这种渐变式的立柱设计也有利于减弱平台在流作用下的涡激诱导运动(VIM)。分析结果表明这种渐变式立柱半潜平台可以明显降低平台的垂向运动,也可以在码头组装时提供足够的浮力以及在平台下沉过程中提供足够的稳性。平台优越的垂向运动性能可以使顶部张紧式立管的行程范围限制在10.5 m之内(包括平台偏移、垂荡运动、潮汐影响、海床沉降、热膨胀等因素)。分析结果表明平台的垂荡范围、水平偏移、倾侧角度、上部模块重心处的加速度等可以满足设计要求,证明了这种新型干树式半潜平台的可行性。     

新型深水半潜式生产平台发展综述

干式采油树具有修井方便、操作成本低、停机时间短和流动安全性好等优势,然而由于它要求平台具有较低的垂荡运动幅度,目前仅有张力腿平台和Spar平台能够支持干式采油树.相比这两种平台,半潜式生产平台不受水深限制,可变载荷大,且可实现整体拖航和上船体码头安装,但运动幅度相对较大.近年来,海洋工程界致力于通过改善半潜式平台的运动性能,使其可支持干式采油树.介绍了深水油气开发领域中可采用干式采油树的几种新型半潜式生产平台概念,分别从结构型式、安装方法和性能特征等方面进行了综述,总结了新型平台的技术发展趋势以及所带来的新问题,最后提出了我国发展新型半潜式生产平台的目标和需要解决的问题.     

新型多功能干树储油半潜平台研发

针对凝析油气田开发了一型适应我国南海环境条件的深水多功能干树半潜平台,平台运动性能优良,可实现干树开采、回接水下井口、油气生产处理、凝析油存储、钻修井等功能。平台由上部组块、主船体、细长柔性连接结构、垂荡板、顶张紧式立管(TTR立管)系统、系泊系统构成,结构特点为采用细长柔性连接结构连接主船体与箱型垂荡板。垂荡板采用箱型结构,承受作业吃水压力,可实现平台与箱型垂荡板的整体拖航,平台安装简易,细长柔性连接结构可在位维修或更换。平台立柱内设置储油舱存储天然气凝析油,解决凝析油存储外输问题。平台采用成熟系统系统集成,运动性能优良,海上施工风险可控,未来有望成为一种新的深水油气田开发平台型式。     

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明：NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer, TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。     

半潜式平台垂荡响应抑制措施研究

半潜式平台垂荡响应较大,对生产平台立管和采油树系统的选择、钻井平台钻杆升沉补偿装置等提出更高要求,增大了作业和维护成本。针对这一问题,在传统结构基础上提出了三种新的结构概念:1)在浮筒底部加垂荡板;2)沿立柱外延加垂荡板;3)改变立柱为变截面结构。通过数值分析对各平台模型水动力性能进行比较,结果表明,各新型结构对半潜式平台垂荡起到一定程度的抑制效果。由于在浮筒底部加垂荡板的方案效果比较突出,对该方案进一步做了优化和改进工作,并对平台在南海百年一遇波浪环境条件下的垂荡响应概率密度函数和响应极值进行了预报和对比研究。     

新型干树式半潜平台浮体结构设计研究

为适应中国南海深水区域的油气田开发,研发出了一种具有渐变式立柱的深吃水干树式半潜钻井/生产平台(TCDDSemi)。平台的浮体采用了深吃水、变截面长立柱构型,即向底部逐渐扩大的渐变截面形式。结合干树式深吃水半潜平台的研发过程,通过采用压缩空气压载系统、全注水下浮体、压缩空气水密检测以及水密面板的三级正交加强筋设计等新兴技术,极大地提高了钢材的利用效率,达到了节省材料、减轻浮体自重的目的。对浮体的有限元(FEM)整体分析结果表明,浮体结构设计满足各工况强度要求。     

半潜式平台垂向运动低频响应特性

对半潜式平台垂向运动性能(包括垂荡、横摇和纵摇)进行数值计算分析。与模型试验结果的比较表明,对于半潜式平台这类由柱体组成的结构物进行水动力数值预报,忽略粘性力作用会使得低频运动响应计算结果产生偏差,需要应用三维势流理论和Morison公式相结合的方法。横摇和纵摇运动固有频率均低于波浪频率,在波浪慢漂力作用下会出现显著低频运动响应。垂荡运动是否出现低频响应则与所处海况联系紧密。     

半潜式平台垂向运动对气隙影响的概率统计分析

应用矩和L矩方法以及二次转换方程,基于模型试验数据的概率统计分析,研究半潜式平台在作业工况和生存工况下的气隙响应,以及平台垂向运动对立柱周围不同位置处的波浪升高和气隙的影响。结果表明,垂向运动总体上能够增加气隙,海况越恶劣,增加程度越明显;在不同浪向下对不同位置的气隙影响有差别,后立柱周围的波浪升高和气隙受平台运动的影响相比前立柱更为显著;同时,平台垂向运动会引起立柱周围波浪升高的非线性增强。     

一种新型半潜式平台概念设计研究

在详细研究影响平台综合性能的诸多因素基础上,克服现有半潜式平台存在的不足,结合自升式平台甲板可以自由升降的优点,开发了具有自主知识产权的自升式半潜多功能深海浮式（JCSM）平台。JCSM平台结合了自升式平台与半潜式平台的优势,并以平台综合性能的提升为目标进行了细节上的优化,稳性裕度大且运动性能优良,可适应干式采油、湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式,并同时具有钻井、早期生产、修井、油气处理与油气储运等多种功能。在详述JCSM平台的组成及性能特点的基础上,对JCSM平台进行了稳性与运动性能数值分析,并与传统半潜式平台相比较,验证了所研发新型平台性能的优越性。研究为未来海洋油气田开发提供了一种新的选择,并对全新概念的浮式平台开发有借鉴和指导意义。     

垂荡板对半潜式风机基础拖航过程中水动力性能及运动响应的影响分析

垂荡板对半潜式风机基础水动力性能有极大的影响,从而影响基础拖航安装过程的安全。为了研究垂荡板对半潜式基础拖航过程中运动响应的影响,建立了拖缆—WindFloat浮式风机半潜式基础拖航系统模型。首先,基于三维势流理论,采用AQWA开展了拖航系统的频域水动力分析,分析了垂荡板的尺寸及形状对基础水动力性能的影响规律;进一步采用时域方法对拖航系统的运动响应进行分析,探究了垂荡板的尺寸及形状在不同浪向下对基础运动响应的影响规律。结果表明：垂荡板能有效抑制基础的垂荡RAO,但垂荡板形状对基础的水动力性能无明显影响;具有圆形垂荡板的半潜式基础在拖航过程中的运动性能略优于六边形垂荡板,在原设计基础上继续增大垂荡板尺寸对基础运动响应的抑制效果呈现先增大后减小的趋势,说明半潜式风机基础存在一个最优的垂荡板尺寸。     

基于非线性数学模型的半潜式平台共振运动特性研究

共振运动是深海浮式平台设计的关键考虑因素之一,对海洋平台的作业具有重要影响。采用半潜式平台运动的非线性耦合数学模型,考虑浮筒和横撑出入水以及垂荡、横摇和纵摇运动耦合对平台浮力和恢复力的影响,研究半潜式平台非线性共振运动特性,以及不规则波浪参数对运动的影响。研究表明:在非线性耦合运动和浮力变化的影响下,半潜式平台纵摇和垂荡运动的固有周期会随运动幅值的增大而逐渐减小,且最终趋于稳定,对纵摇运动周期的影响更为显著;非线性效应会使半潜式平台产生显著的低频纵摇共振响应,以及共振频率漂移的现象,且受随机种子和波浪周期的影响较小。     

深吃水半潜式储油生产平台结构设计分析

以陵水17-2气田群开发为例,介绍具有储油和外输功能的半潜式平台在结构设计分析中的基本流程与方法。半潜式生产平台的结构设计分析流程为舱室划分、结构尺度规划设计、总体结构分析和关键连接部位的局部结构分析及特殊情况的结构分析。由于平台的储油和外输功能,平台设计压头和舱室布置等均与常规半潜式生产平台存在一定的特殊性。通过对流程和方法介绍,展现了各阶段设计中的具体方法和相应的特殊性。结果显示,通过特殊的舱室划分形式、结构设计和腐蚀余量考虑,平台结构能够满足储油和外输功能的要求。     

台风海况下半潜式钻井平台动力性能监测与分析

半潜式钻井平台在海洋油气资源开发中发挥着重要作用,目前主要采用模型试验和数值模拟方法对其动力性能进行研究,非常缺乏台风等极端海况下半潜式平台动力响应的实海域监测数据。以某半潜式钻井平台为研究对象,构建了一套比较完善的平台动力性能监测系统,并对台风“杜苏芮”过境阶段的监测数据进行了分析。根据平台艏部气隙及运动监测数据推算了平台吃水及环境波高;采用随机波浪的统计分析方法,计算得到短期海况的有效波高、谱峰周期、能量谱等信息,通过与多种典型海浪谱对比发现Jonswap谱与所测波谱吻合较好;对平台的横摇、纵摇及垂荡运动进行了时域统计分析和频域谱分析,得到了台风海况下被测平台波频运动的实际响应特征,对于指导平台抗台作业具有重要意义。     

半潜式平台运动及系泊系统特性研究

针对深海半潜式平台及其系泊系统的水动力特性,运用时域耦合的分析方法,对一座水深为1 000 m的半潜式平台,及其悬链线式系泊系统的水动力性能进行探索,获得频域和时域响应结果。同时阐述了平台系泊系统的设计流程,并通过系泊系统参数的变化,研究其特性寻找影响系泊系统作用的一般规律,为平台及其系泊系统设计提供参考。     

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。