自升式海洋平台设计方案评价体系研究

如何对海洋平台进行结构优化设计引言：海洋平台是石油钻探与生产所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。

平台与海底井口有立管相通，最早出现的平台是导管架平台，由若干根导管组合成而。

先把导管架拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使导管固定于海底。

平台设于导管架的顶部。

导管架平台的整体结构刚性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。

由于海洋平台工作环境是在近海海面上，受到风浪等载荷作用，因此对其安全性和可靠性的分析和评价是确保其在服役年限内正常使用的重要环节。

1 海洋石油平台结构特点海洋石油平台是高出海面的一种海洋工程结构，按结构类型可分为固定式平台和移动式平台。

固定式平台又可以分为导管架型、塔型和重力型等各种结构形式。

移动式平台则包括自升式、半潜式，浮船式和张力腿式等结构形式。

海洋平臺是海洋资源开发的基础设施，是海上作业和生活的基地。

在复杂和恶劣环境条件下，环境腐蚀、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳损伤积累等不利因素都将导致整体抗力的衰减、影响结构的服役安全度和耐久性。

合理地建立海洋环境载荷模型、系统地研究海洋平台结构可靠度，揭示海洋平台结构体系优化的理论和方法提高基于可靠度的海洋平台结构优化设计到一个新的水平、从而为海洋资源的安全开采提供科学可靠的保证。

2 海洋平台仿真建模导管架平台由上层平台结构和下部导管架结构组成，导管架底端通过桩基础固定。

上层平台包括支撑框架和甲板，主要提供生产和生活的场地，其外形为矩形。

下部导管由一系列钢管焊接而成，主体是六根主导管，其间用细管件作为撑杆，组成空间塔架结构，桩基础通过主导管插入海底土层。

整个模型采用三种单元类型：PIPE16，BEAM4，SHELL63。

下部导管架和上部甲板框架的主要竖向支撑构件采用PIPE16单元，甲板平面的框架梁采用BEAM4单元，水平甲板采用SHELL63单元。

整个模型采用同一种钢材，弹性模量EX=2e11Pa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/m3。

- 102 -工 程 技 术０　引言与传统的勘探船相比，自升式海上勘探平台可营造陆地勘探环境，可使海上地质勘探作业不受风、浪、涌的影响，提高了勘探精度和效率，改善了作业人员的工作环境。

与其他自升式平台相比，该平台的设计重点在于安全性、经济性、操作便利性和舒适性[1]。

１　平台设计目标该平台主要用于江苏、浙江沿海及福建沿海一带，这些区域水文环境复杂，海床地质差异极大，为了提升勘探作业的效率，要求平台具有能在恶劣海况下工作的能力，从而加大海上勘探作业的窗口期。

经过综合考虑多方面因素，最终确定为四桩腿自升式非自航平台。

该平台长29 m，宽22 m，型深3.5 m，可变载荷280 t，桩腿长度56 m，最大作业水深35 m，可供25人居住。

另外，该平台采用液压齿轮齿条式升降系统，配备2台180 kW 主发电机组和一台64 kW 应急兼停泊发电机组。

在首部工作甲板区域设有两个月池，可实现一次站桩多点勘探，减少平台移位次数，可在7级风时正常进行勘探作业，同时在面临极端恶劣风暴状况时，该平台可在18 m 水深抗不大于100节暴风。

２　平台整体规划平台的总布置以工作安全、整体布局合理为原则，综合考虑平台的各类功能舱室布置、四点锚泊、固桩架、救生艇和起重机等的布置要求[2]。

平台定员为25人，主甲板以上分两个功能区域，尾部的生活区和首部的工作区。

其中尾部的生活区以功能分层和简洁实用为原则，共计分3层，其中最下一层为功能舱室，设有实验室、厨房、餐厅等；第二层为人员居住处所，设有人员住舱、厕所和盥洗室；第三层为控制处所，设有控制室和会议室。

主甲板以下主要设有机舱、辅机舱、燃油舱、淡水舱、压载舱等，其中为机舱和辅机舱集中布置在平台中部，既体现了功能舱室的集中布置原则，也使得设备处所远离居住区，减小了设备噪声的影响，給平台上的工作人员提供了良好的休息环境。

主甲板的前部为工作区，尾部为生活区，升降系统和四点锚泊布置在平台四角，起重吊和潜水泵靠边布置，该布置在体现功能分区的原则上，尽可能增大了作业甲板的净面积。

自升式海洋平台桩腿及相关技术背景和意义随着陆地油气资源开采力度的日渐加大和油气储量的不断减少，占全球资源总量34%的海洋石油资源已成为人们关注的焦点和新一轮油气勘探开发的热点。

2010－2014年海洋石油所占比例从35%提高至39%，深水石油产量所占比例将从7%提高到15%。

海洋石油需求增加带动海洋油气资本开支增加，2010－2014 年全球深水油气开发资本开支达1670亿元，比前5年增长37%。

其中海工装备目前每年500－600亿美金投资额，预计2015－2018 年将增至每年800亿美金。

[1]在开采海洋石油的海工装备中，海洋平台占有很重要的份额。

海洋平台主要指自升式海洋平台、半潜式海洋平台、钻井船及其他平台等。

对于保有量和手持订单来说，整个钻井装备中，自升式海洋平台保有量和手持订单最多，是全球保有量最大的海洋石油钻井装备，主要用在浅海。

自升式海洋平台的设计年限一般是 20 年，经过翻新之后，可再使用10年[1]。

到2014年，全球有多达 80%的自升式平台服役临近30年，其中一些已经无法翻新或有效地添加先进科技装备，必须由新的取代，自升式平台具有很大的潜在市场。

另外，世界商船运力的日趋饱和，面临着产能过剩等问题。

所以各船厂纷纷把眼光都投向这一领域，可想而知未来这一领域充满竞争。

自升式海洋平台领域中桩腿的建造，一直被视为最为基本、也最为重要的专题。

尤其是随着海洋开发活动由浅水发展到深水，桩腿面临的环境条件也越来越严酷，这又对自升式海洋平台的设计建造提出了更高的要求。

自升式海洋平台的组成自升式海洋平台主要由沉垫、桩腿、升降装置、平台（模块）等组成。

1、沉垫：自升式平台的沉垫要沉入海底，并以此为基础用传动机构使平台上升和下降。

故除在平台要移动工作地点时之外，该沉垫主要考虑的不是水动力特性，而是其沉入海底后的压强大小。

为此，自升式平台的沉垫一般设计成整块式，通常见到的以 A 字形居多，如图2.1所示。

毕业论文自升式海洋平台设计方案评价体系研究Research on the Software of Jack Up Estimation独创性说明作者郑重声明：本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得南通航运职业技术学院或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：南通航运职业技术学院毕业论文摘要二十一世纪是海洋的世纪，目前，由于海洋存在大量的石油和天然气，为了适应能源的需求，全世界很多国家都致力于海洋平台的研究。

欧美的一些国家对海洋平台的研究已经有一段历史，而我国对海洋平台的设计研究却还处于一个起步阶段。

因此，本文就海洋平台的一些性能校核结合相关的规范作出了一定的研究，并将其中的一些部分进行了软件实现。

由于世界各大船级社提出的对于海洋平台设计建造的相关规范不尽相同，所以能否提出一种通用性的设计标准，一直是长期以来大家所关心的话题。

根据可查阅的文献资料，目前国内还没有提出一种适合于自升式海洋平台的评价软件。

在实际的设计过程中，由于需要对一些参数进行修改，每一次的改动，都需要对其重新进行性能等方面的校核，如果进行手工的运算，那就需要付出很大的工作量，基于以上因素的考虑，如果有一种通用的标准并且将其程序化，那就可以大大减少平台设计人员的工作量，本文的第一部分就是对SNAME组织提出的一套海洋平台的评价体系做出了研究，并且对其中的桩腿强度、抗倾稳性、抗滑稳性的校核部分进行了软件实现。

常规船舶由于其长宽比比较大，所以在校核稳性的时候通常只考虑到横稳性，而将纵稳性忽略。

而海洋平台的长宽比则相对比较小，因此在考虑稳性的时候，如果只考虑到一个方向的稳性，那计算的结果将将会不准确，而目前国内平台的稳性校核，基本都是按照单一的倾斜方向进行校核的。

海洋平台-30题答案(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--红字的为待完善或不确定的1.海洋平台按运动方式分为哪几类列举各类型平台的代表固定式平台导管架平台活动式平台着底式平台（坐底式平台、自升式平台）漂浮式平台（半潜式平台、钻井船）。

半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（ TLP）：2.海洋平台有哪些类型各有哪些优缺点固定式平台优点：整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强缺点：机动性能差, 较难移位重复使用活动式平台优点：机动性能好缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求半固定式平台优点：适应水深大，优势明显缺点：较多技术问题有待解决3.设计半潜式平台的关键技术有哪些总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。

（深水半潜式）4.设计SPAR平台的关键技术有哪些目前对Spar平台的研究主要集中在平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作用的耦合分析,同时,浮力罐与支架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之一5.海洋平台的设计载荷分为哪三类各类载荷的定义使用荷载：平台安装后，在整个使用期间，平台受到的除环境荷载以外的各种荷载。

环境荷载：由海洋的风、波浪、海流、海冰和地震等水文和气象要素在海洋平台上引起的荷载。

施工荷载：平台在施工期间所受到的荷载，是发生在建造、装船、运输、下水、安装等阶段的暂时性荷载。

6.在导管架平台建造过程中常见的施工措施有哪些吊装力：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊力。

装船力：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。

运输力：驳船装运&浮运，支撑力&拖航力。

下水力和扶正力：导管架平台安装。

安装期地基反力：地基的支撑力。

7.在海洋平台服役的过程中使有载荷有哪些同下8.试分析活动载荷和固定载荷有哪些固定荷载：作用在平台上的不变荷载，当水位一定时荷载为一定值。

自升式海洋钻井平台升降系统的分析与研究作者：吴碧珺来源：《科技创新与应用》2015年第16期摘要：随着世界经济的飞速发展，海洋开发己经成为世界技术革新的重要内容，而海洋油气田的开发又是现今海洋资源开发利用的重中之重。

自升式海洋钻井平台是海洋油气勘探和开发的主要装备。

目前，国内使用的钻井平台中的控制系统基本都由国外制造，国内对其升降系统的分析相对较少。

所以，探讨和研究这一方面的内容意义深远。

关键词：自升式平台；升降系统；齿轮齿条式1 概述升降系统是自升式海洋钻井平台的关键部分。

其位置位于平台的主体和桩腿的交接处，作用是让桩腿和船体作相对的上下运动，从而使得平台主体能上下移动并将其固定在桩腿的某一位置。

根据升降系统结构形式的不同，一般可分为液压油缸式升降系统和齿轮齿条式升降系统。

液压油缸式的优点是：油缸的结构简单，力的传递直接，安全性高。

缺点是：桩腿升降框架的结构庞大，用钢量很大，操作的工序相对更复杂。

齿轮齿条式的优点是：升降运动连续性好，传动的速度快，可调速，受载均匀，操作简单，井位易对准。

缺点是：齿轮齿条的制作难度大，成本高，控制相对复杂。

由于海洋环境比较恶劣，平台升降所需要的时间对于平台的安全性就显得非常重要，同时运用齿轮齿条式升降平台可减少平台的就位费用，因此目前多采用此类系统。

2 齿轮齿条升降系统的设备组成齿轮齿条式升降系统通常由升降装置、升降框架、导向装置、桩腿以及电控系统组成。

升降装置一般由电动机、减速箱、制动器、小齿轮等组成，如图1所示。

电动机以前常用的是滑差式电机，后来变频技术越来越成熟，而且控制方便，于是逐渐取代了滑差式电动机。

减速箱一般由平行轴轮系和行星轮系两部分构成，速比很大，有的甚至上万。

制动器通常选择的是电磁圆盘式，其扭矩一般不小于1.2倍的暴风载荷。

小齿轮由高强度合金钢经特殊工艺加工而成，齿数一般为7齿，模数通常为80以上，目前世界上最大的小齿轮模数已经达到了110。

图1 齿轮齿条升降装置升降框架一般为封闭性环梁结构，如图2所示，它是连接升降装置和平台主体的框架，起承上启下的作用。

2016 NO.03SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技报告导读165 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 300英尺自升式平台设计技术那荣庆 赵杰 伞立忠 戴挺 刘刚(大连船舶重工集团有限公司)摘 要：随着世界经济的繁荣和科学技术的发展，石油作为重要的能源，用途越来越广泛，由此使有限的陆地石油资源已日见枯竭。

石油开采商把目光纷纷投向海洋石油的开发。

在海洋油气开发装备中，自升式平台由于能够适用于不同的海底土壤条件和较大的水深范围，同时移位灵活方便，便于建造，因此应用非常广泛。

该文所研究的300ft自升式钻井平台作业水深为300ft，可在除挪威北海以外的世界范围海域作业，该项目由大连船舶重工自主设计，是国内首座完全具有自主知识产权的作业水深为300英尺（桁架式桩腿）的自升式钻井平台，填补了国内空白。

该项目研究属国内首创，大连船舶重工紧密跟踪市场需求，通过国际合作、自主研发等手段，开展技术攻关，成功解决了平台总体设计技术研究、平台结构设计及强度分析技术研究、平台振动与噪音技术研究、电气控制技术及系统研究、“零”污染排放等关键技术难题，为集团最终形成实船订单提供了重要技术保障。

关键词：自升式平台 总体设计 结构强度分析 振动与噪音 电气系统 “零”污染排放Design Technology of 300ft Self-ElevatingDrilling UnitNa Rongqing Zhao Jie San Lizhong Dai Ting Liu Gang(Dalian Shipbuilding Industry Group Co., Ltd.)Abstract ：As the development of world economy and technology, petroleum has became a very important energy source, and been used more and more widely. Many petroleum companies pay more attention to the exploitation of sea petroleum, for the dwindling of limited land petroleum source. Compared with other sea petroleum exploitation equipments, self-elevating platform can be moveable, easily built, and adapted to different environment of seabed and water depth, so it is used widely around the world . The self-elevation drilling rig suitable for 300ft water depth discussed in this article is able to perform all over the world except North Sea of Norway. This rig which is designed by DSIC independently is the first rig with triangular truss type legs, 300ft water depth capacity, and fully China intellectual property, which fill up blankness in drilling rig history of China. This platform is designed successfully for the first time in China. As following market requirement, DSIC overcome on technique difficulties by means of international cooperation and independent research, solved technique problems as platform general design technique research, rig structure design and strength analysis technique research,platform vibration and noise technique research, electronic control technique& system research，Zero-pollution discharge etc, and provide a technique foundation for the final actual order of the corporation.Key Words ：Self-elevating Drilling Unit;General Design;Structure Strength Analysis;Vibration&Noise;Electronic System;Zero-pollution Discharge阅读全文链接（需实名注册）：/xiangxiBG.aspx?id=65526&flag=1. All Rights Reserved.。

文章编号:1001-4500(2003)04-0006-06自升式平台结构响应分析及可靠性评估研究综述徐长航1,陈国明1,谢静l,吴枝国2(1.石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061;2.江苏油田钻井处,江苏邵都225261)摘要:介绍了自升式平台的结构及作业特点,然后就国内外对平台结构动力响应分析中的四个关键问题(环境载荷模型、结构模型、结构响应分析方法及基础模型)的研究进展进行了详细讨论,分析对比了目前所使用的各种理论方法的特点。

还简要阐述了可靠性理论在自升式平台结构安全评估领域中的应用。

最后结合目前近海石油工业的发展情况,对需要进一步研究的问题提出了自己的建议。

关键词:自升式平台;结构响应分析;结构可靠性中图分类号:P75文献标识码:A自升式平台作为一种重要的移动式平台,是开发海洋石油的基础装备。

由于其费用低、资金回收快、投资风险小、能够重复使用等优势,在海洋石油开发领域中发挥着重要的作用。

随着海洋石油工业的不断发展,自升式平台的工作水深也需要不断增加。

作为一种动力敏感性结构,水深的增加势必导致动力作用对结构响应的影响程度也大大增强,从而为自升式平台的结构分析及安全性评估研究提出新的研究课题。

因此有必要对目前平台结构响应分析及安全评估中所使用的理论、方法进行总结、分析,以便为今后开展进一步的研究提供必要的参考依据。

本文从自升式平台的结构和作业特点出发,总结了有关自升式平台结构动力分析中几个关键问题的研究进展,并对在自升式平台结构安全评估领域中应用可靠性理论的研究进展作了简要回顾。

最后在总结分析的基础上,就深水作业状况下进一步开展相关的研究提出了一点看法。

1自升式平台结构及作业特点自升式平台可以简单地描述为由一个平台主体和数个桩腿以及升降机构所组成的海上平台。

自升式平台的结构及作业特点可以概括如下[2~4]。

(1)作业环境的移动性:即自升式平台具备能够在不同海域、不同水深以及不同方位进行作业的能力。

自升式多功能平台方案设计及其评价体系研究传统的海洋平台作业过程需要非悬臂和悬臂移动式钻井平台、海工钻机平台、移动式工程支持平台、移动式生活支持平台以及海上浮吊等相继完成,造成了大量的装备浪费。

传统平台工作工况单一、效率底、经济耗费量大等诸多特点,其开采过程中对能源的消耗大,钻井时油气浪费对环境造成了极大的污染,所以设计多功能平台是海洋石油开发市场发展需求。

本论文研究的自升式多功能平台具有有效的利用生产设备、缩短开采周期、节能减排、市场适应能力强等特点,符合当前和未来海洋平台的发展趋势。

方案设计和节能减排也直接影响着自升式多功能平台的性能优劣,针对自升式多功能平台的评价体系和EEDI的研究也至关重要。

本论文主要研究内容如下:(1)基于传统平台存在的不足,进行了较大的改进创新,设计出一种经济、高效及环保的自升式多功能平台。

相比于常规自升式海洋平台,该平台具有钻井、修井、生活自持、打桩等功能,而且在钻井的过程中,能够利用自身采集天然气进行发电供能,可以将天然气进行液化存储,在减少能源使用的同时可以收集能源。

整个平台具有独立完成多种功能的特点,减少平台拔插桩腿次数,减少平台的使用数量,从而降低了开采过程中的费用,提升商业化价值。

(2)本文针对自升式多功能平台功能特点,研究了评价指标,利用层次分析法和9分度-0.618结合法,提出了一种适用于对不同作业类别的自升式多功能平台的性能评价层次结构及其评价指标体系。

评价指标涵盖了自升式多功能平台中的主要功能因素,评价体系能够综合评价其性能优劣。

评价体系的构架考虑了自升式多功能平台功能侧重不同对评价过程的影响,通过将评价体系中受平台作业类别影响的指标归类单独进行权重分析,使得所构建的评价体系具有了同时评价不同作业类别的自升式多功能平台能力。

(3)随着海洋平台向着功能多样化的趋势发展,多功能平台在作业中的温室气体排放问题将愈发明显,因此对多功能平台的能效水平的评估也越趋重要。