国外SPAR平台现状与发展趋势_张辉
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SPAR 平 台 技 术 应 用 于 海 洋 开 发 已 经 超 过 30 年 的 历 史 ， 但 在 1987 年 以 前 ， SPAR 平 台 主 要 是 作为辅助系统而不是直接的生产系统。 到目前为止 SPAR 平台已经发展到第三代：
第 一 代 传 统 型 SPAR 平 台 （Classic SPAR） 的 主要特点是主体为封闭式单柱圆筒结构， 结构外形 巨 大 。 世 界 上 第 一 座 传 统 型 SPAR 平 台 是 于 1996 年建成的 Neptune 平台。 传统型 SPAR 平台共有三 座 ， 其 他 两 座 分 别 是 1999 年 建 成 的 Genesis 平 台 和 Hoover/Diana 平台， 其中 Genesis 平台也是世界 上第一座配备钻井模块的同时具备钻采功能的 SPAR 平台。
第二代桁架型 SPAR 平台 （Truss SPAR） 解决 了 Classic SPAR 平台由于其主体尺寸较大、 有效载 荷能力不高、 平台建造成本较大等问题。 与 Classic SPAR 相比， Truss SPAR 的最大优势在于其 钢材用量大大降低， 从而能有效地控制建造费用， 因 此 得 到 广 泛 的 应 用 。 世 界 上 第 一 座 Truss SPAR 平 台 是 于 2001 年 建 成 的 Nansen 平 台 （ 见 图 2） 。 Truss SPAR 平 台 是 目 前 建 成 使 用 最 多 、 应 用 最 为 广泛的 SPAR 平台类型。
图 2 在墨西哥湾就位后的 Nansen 平台
图 3 Red Hawk 平台
2 SPAR 平台典型整体组成 在已投入使用的 17 座 SPAR 平台中， 桁 架 型
（Truss SPAR） 有 13 座， 是当前世界上应用最为广 泛的 SPAR 平台。 典型的 SPAR 平台主要由四部分 组成： 上部组块、 主体、 系泊系统和立管系统， 如 图 4 所示 （以桁架型 SPAR 平台为例）。 2.1 上部组块
桁架式 SPAR 平台的主体部分由硬舱、 桁架和 软舱组成， 以桁架结构代替传统式 SPAR 平台柱体 的中部结构， 作为硬舱与软舱之间的刚性连接。 桁 架结构有效地降低了平台主体在竖直平面上的投影 面积， 从而降低平台的水平外力载荷， 减小了在水 平方向上的运动响应。 桁架上水平设置的垂荡板增 加了平台在垂荡运动时的附加质量和阻尼， 降低了 平台垂荡运动的固有频率， 从而减少了与波浪频率 发生共振的可能性； 平台主体在桁架以下的部分为 软舱， 位于平台的最底部。 在安装阶段， 软舱为平 台主体在水中水平漂浮提供浮力。 平台竖立后， 固 定压载将存放于软舱， 可以降低平台重心， 使得平 台重心低于浮心从而保证平台的无条件稳性。
SPAR 平台一般采用干式井口作业， 其硬舱内 部设置有 “中央井”， 形成了一个四周封闭的空 间 ， 供 顶 部 张 紧 式 立 管 （ Top Tensioned Riser, TTR） 穿 过 。 因 此 中 央 井 的 尺 寸 将 受 制 于 TTR 立 管 的 数 量 及 布 置 方 式 ， 而 它 又 影 响 SPAR 平 台 的 硬舱尺寸。 2.3 系泊系统
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国外 SPAR 平台现状与发展趋势
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张 辉，王慧琴，王宝毅
（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）
三 种 类 型 SPAR 平 台 的 上 部 组 块 布 置 基 本 相 似， SPAR 平台上部组块通常由两层至四层矩形甲 板桁架结构组成， 依据平台的功能定位配备有钻修 井模块、 柴油发电机组、 吊机、 油气处理装置、 生 活楼和直升机甲板等设施， 可以进行钻井、 修井、 油气处理等其他组合作业。 依据平台功能定位可以 将上部组块分为钻 （修） 井甲板、 中间甲板、 生产 甲板和底层甲板， 钻 （修） 井甲板钻台面布置绞 车、 转盘等钻井设备和司钻房； 中间甲板布置生活 区、 公用设施等， 提供钻井井架、 直升机甲板支 撑； 生产甲板布置油气处理装置、 生产设备、 操作 间、 控制间等； 底层甲板布置柴油发电机组、 井口 和井口装置等， 并提供与下部主体的连接支撑。
0 引言 随着人类开发海洋油气的步伐逐渐迈向深海
海域， 很多新型的海洋平台被不断开发出来并投 入深水钻井和采油作业， SPAR 平台就是近年发展 起来的应用于深海的浮式平台之一。 自 20 世纪 90 年代以来， SPAR 平台被应用于开发深海油气资源 作业中， 担负了钻探、 生产、 海上原油处理、 石 油储藏和装卸等各种工作， 被很多石油公司视为 下一代深水平台的发展方向之一。
摘 要： 立柱式生产平台 （SPAR） 是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一， 国内对 SPAR 平 台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。 文章对国外现有 17 座 SPAR 平台的发展现状进行综述， 对 SPAR 平台的发展、 整体组成和主要特点进行了研究， 介绍了 SPAR 平台的作业海域、 作业水深、 平台尺度等关键技术参数， 对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。 通过分析明确了当前国外 SPAR 平台的现状与发展趋势， 以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。 关键词： 海洋平台； 立柱式生产平台； 深水； 上部组块； 关键技术参数 中图分类号： TE951 文献标识码： A 文章编号： 1001－2206 （2011） 增刊－0001－06
目前， 世界上建成的 SPAR 平台有三种类型，
按 出 现 的 时 间 顺 序 分 别 是 ： 传 统 型 （ Classic
SPAR） 、 桁 架 型 （ Truss SPAR） 、 蜂 巢 型 （ Cell
SPAR）， 如图 1 所示。
传统型
桁架型
蜂巢型
图 1 现有 SPAR 平台分类
这三种类型的平台的主体部分都可以划分为硬 舱、 中间段、 软舱三部分。 其中硬舱的作用主要是 提供浮力， 保护中央井及立管， 提供可变压载； 软 舱的作用主要是提供固定压载， 降低平台重心； 传 统 型 SPAR 的 中 间 段 可 以 储 油 ， 桁 架 型 和 蜂 巢 型 SPAR 的中间段主要起连接作用， 同时位于中间段 的垂荡板还可以起到增加附加质量、 降低垂荡响 应、 延长固有周期的作用。 固定压载舱室一般位于 软舱底部， 主要起到降低平台重心的作用； 可变压 载舱室一般位于软舱上部及硬舱底部， 主要起到调 节平台平衡、 改变平台吃水的作用； 其他部分的舱
SPAR 平台的系泊系统对平台起到限制位移的 作用。 为了减小系泊系统在海底的覆盖面积， 目前 深水 SPAR 平台的系泊索大多采用链—缆—链的张 紧悬链线形式。 每根系泊索由三部分组成， 最上面 的部分称为船体链段， 中间段为螺旋钢缆或合成缆 （尼龙缆或聚酯纤维缆）， 下部与海底链段相连， 见 图 5。 海底基础有桩基础和吸力锚基础两种形式。 系泊系统可以预先安装好， 在主体就位后进行连 接。 导缆器安装在主体重心附近的外壳上， 每组系 泊缆通过导缆器与张紧器连接， 通过调整张紧器来 改变系泊缆的张力。 锚链的长度和锚泊系统提供的 张拉力应保证除非在非常极端的工况条件下， 钢缆 或尼龙缆不与海底相接触。
目前世界上常用的深水生产装备有 FPSO、 半 潜式生产平台、 SPAR、 TLP 等。 SPAR 平台相对于 其它深水浮式生产平台， 具有稳性好、 运动性能 更优的特点。 SPAR 是一种深吃水平台， 因其重心 位于浮心下方而具有恒稳性， 恶劣海洋环境条件 下安全性具有无可比拟的优势。 由于吃水深、 水 线 面 积 小 ， SPAR 平 台 的 垂 荡 运 动 比 半 潜 式 平 台 小， 与张力腿平台相当， 在系泊系统和主体浮力 控制下， 具有良好的运动特性， 特别是垂荡运动 和漂移小， 适合于深水锚泊定位， 对系泊系统和 立管的相关技术要求相对较低， 工程成本具有明 显优势。 特别因其优秀的运动性能， 使 SPAR 成为 目前主要的适用深水干式井口作业的浮式平台， 可大大降低运营周期内的维护费用， 深受业主青 睐， 具有非常好的市场应用前景。
中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院作 为工信部 “立柱式生产平台 （SPAR） 关键设计技 术研究” 课题的参研单位， 负责 “SPAR 平台功能 及设备确定”、 “SPAR 平 台 作 业 系 统 方 案 设 计 ”、 “SPAR 平台上部组块方案设计” 和 “SPAR 平台电 气系统设计研究” 专题的研究开发工作。 通过课题 研究完成自主知识产权 SPAR 平台设计方案并形成 工程项目需要的初步开发设计技术能力， 为将来工 程项目提供技术参考和与国外技术机构相衔接所必 需的技术基础， 尽快提高国内海洋工程装备的制造 能力， 对国家资源安全有着重要意义。 1 SPAR 平台的发展现状
2
石油工程建设
2011 年 11 月
室一般为空舱。 SPAR 平 台 目 前 在 国 际 上 属 于 高 度 垄 断 的 技
术， 仅有 Technip 和 J. Ray. McDermott 两家公司能 够进行完整的设计、 建造、 安装， 已投入使用的 17 座 SPAR 平 台 都 出 自 这 两 家 公 司 ， 其 技 术 壁 垒 很高， 专利费用高昂[1]。
蜂巢型 SPAR 平台的主体由一束圆柱体通过其 空隙间的水平和垂直的结构单元连接而成。 其上部 硬舱由多个外圆柱围绕 1 个中心圆柱组成， 上部圆 柱提供整体所需浮力； 下部由外圆柱中的 3 个延伸 到底部的圆柱腿构成； 压载舱在这些圆柱腿的底 部， 以确保平台具有足够的稳定性； 垂荡板装在圆 柱腿上， 提供较大的垂荡附加质量和附加阻尼， 适 合刚性立管。 同其他 SPAR 平台一样， 由于浮心高 于重心， 蜂巢型 SPAR 平台同样非常稳定。
第 37 卷增刊
第 一 代 传 统 型 SPAR 平 台 （Classic SPAR） 的 主要特点是主体为封闭式单柱圆筒结构， 结构外形 巨 大 。 世 界 上 第 一 座 传 统 型 SPAR 平 台 是 于 1996 年建成的 Neptune 平台。 传统型 SPAR 平台共有三 座 ， 其 他 两 座 分 别 是 1999 年 建 成 的 Genesis 平 台 和 Hoover/Diana 平台， 其中 Genesis 平台也是世界 上第一座配备钻井模块的同时具备钻采功能的 SPAR 平台。
第二代桁架型 SPAR 平台 （Truss SPAR） 解决 了 Classic SPAR 平台由于其主体尺寸较大、 有效载 荷能力不高、 平台建造成本较大等问题。 与 Classic SPAR 相比， Truss SPAR 的最大优势在于其 钢材用量大大降低， 从而能有效地控制建造费用， 因 此 得 到 广 泛 的 应 用 。 世 界 上 第 一 座 Truss SPAR 平 台 是 于 2001 年 建 成 的 Nansen 平 台 （ 见 图 2） 。 Truss SPAR 平 台 是 目 前 建 成 使 用 最 多 、 应 用 最 为 广泛的 SPAR 平台类型。
图 2 在墨西哥湾就位后的 Nansen 平台
图 3 Red Hawk 平台
2 SPAR 平台典型整体组成 在已投入使用的 17 座 SPAR 平台中， 桁 架 型
（Truss SPAR） 有 13 座， 是当前世界上应用最为广 泛的 SPAR 平台。 典型的 SPAR 平台主要由四部分 组成： 上部组块、 主体、 系泊系统和立管系统， 如 图 4 所示 （以桁架型 SPAR 平台为例）。 2.1 上部组块
桁架式 SPAR 平台的主体部分由硬舱、 桁架和 软舱组成， 以桁架结构代替传统式 SPAR 平台柱体 的中部结构， 作为硬舱与软舱之间的刚性连接。 桁 架结构有效地降低了平台主体在竖直平面上的投影 面积， 从而降低平台的水平外力载荷， 减小了在水 平方向上的运动响应。 桁架上水平设置的垂荡板增 加了平台在垂荡运动时的附加质量和阻尼， 降低了 平台垂荡运动的固有频率， 从而减少了与波浪频率 发生共振的可能性； 平台主体在桁架以下的部分为 软舱， 位于平台的最底部。 在安装阶段， 软舱为平 台主体在水中水平漂浮提供浮力。 平台竖立后， 固 定压载将存放于软舱， 可以降低平台重心， 使得平 台重心低于浮心从而保证平台的无条件稳性。
SPAR 平台一般采用干式井口作业， 其硬舱内 部设置有 “中央井”， 形成了一个四周封闭的空 间 ， 供 顶 部 张 紧 式 立 管 （ Top Tensioned Riser, TTR） 穿 过 。 因 此 中 央 井 的 尺 寸 将 受 制 于 TTR 立 管 的 数 量 及 布 置 方 式 ， 而 它 又 影 响 SPAR 平 台 的 硬舱尺寸。 2.3 系泊系统
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国外 SPAR 平台现状与发展趋势
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张 辉，王慧琴，王宝毅
（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）
三 种 类 型 SPAR 平 台 的 上 部 组 块 布 置 基 本 相 似， SPAR 平台上部组块通常由两层至四层矩形甲 板桁架结构组成， 依据平台的功能定位配备有钻修 井模块、 柴油发电机组、 吊机、 油气处理装置、 生 活楼和直升机甲板等设施， 可以进行钻井、 修井、 油气处理等其他组合作业。 依据平台功能定位可以 将上部组块分为钻 （修） 井甲板、 中间甲板、 生产 甲板和底层甲板， 钻 （修） 井甲板钻台面布置绞 车、 转盘等钻井设备和司钻房； 中间甲板布置生活 区、 公用设施等， 提供钻井井架、 直升机甲板支 撑； 生产甲板布置油气处理装置、 生产设备、 操作 间、 控制间等； 底层甲板布置柴油发电机组、 井口 和井口装置等， 并提供与下部主体的连接支撑。
0 引言 随着人类开发海洋油气的步伐逐渐迈向深海
海域， 很多新型的海洋平台被不断开发出来并投 入深水钻井和采油作业， SPAR 平台就是近年发展 起来的应用于深海的浮式平台之一。 自 20 世纪 90 年代以来， SPAR 平台被应用于开发深海油气资源 作业中， 担负了钻探、 生产、 海上原油处理、 石 油储藏和装卸等各种工作， 被很多石油公司视为 下一代深水平台的发展方向之一。
摘 要： 立柱式生产平台 （SPAR） 是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一， 国内对 SPAR 平 台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。 文章对国外现有 17 座 SPAR 平台的发展现状进行综述， 对 SPAR 平台的发展、 整体组成和主要特点进行了研究， 介绍了 SPAR 平台的作业海域、 作业水深、 平台尺度等关键技术参数， 对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。 通过分析明确了当前国外 SPAR 平台的现状与发展趋势， 以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。 关键词： 海洋平台； 立柱式生产平台； 深水； 上部组块； 关键技术参数 中图分类号： TE951 文献标识码： A 文章编号： 1001－2206 （2011） 增刊－0001－06
目前， 世界上建成的 SPAR 平台有三种类型，
按 出 现 的 时 间 顺 序 分 别 是 ： 传 统 型 （ Classic
SPAR） 、 桁 架 型 （ Truss SPAR） 、 蜂 巢 型 （ Cell
SPAR）， 如图 1 所示。
传统型
桁架型
蜂巢型
图 1 现有 SPAR 平台分类
这三种类型的平台的主体部分都可以划分为硬 舱、 中间段、 软舱三部分。 其中硬舱的作用主要是 提供浮力， 保护中央井及立管， 提供可变压载； 软 舱的作用主要是提供固定压载， 降低平台重心； 传 统 型 SPAR 的 中 间 段 可 以 储 油 ， 桁 架 型 和 蜂 巢 型 SPAR 的中间段主要起连接作用， 同时位于中间段 的垂荡板还可以起到增加附加质量、 降低垂荡响 应、 延长固有周期的作用。 固定压载舱室一般位于 软舱底部， 主要起到降低平台重心的作用； 可变压 载舱室一般位于软舱上部及硬舱底部， 主要起到调 节平台平衡、 改变平台吃水的作用； 其他部分的舱
SPAR 平台的系泊系统对平台起到限制位移的 作用。 为了减小系泊系统在海底的覆盖面积， 目前 深水 SPAR 平台的系泊索大多采用链—缆—链的张 紧悬链线形式。 每根系泊索由三部分组成， 最上面 的部分称为船体链段， 中间段为螺旋钢缆或合成缆 （尼龙缆或聚酯纤维缆）， 下部与海底链段相连， 见 图 5。 海底基础有桩基础和吸力锚基础两种形式。 系泊系统可以预先安装好， 在主体就位后进行连 接。 导缆器安装在主体重心附近的外壳上， 每组系 泊缆通过导缆器与张紧器连接， 通过调整张紧器来 改变系泊缆的张力。 锚链的长度和锚泊系统提供的 张拉力应保证除非在非常极端的工况条件下， 钢缆 或尼龙缆不与海底相接触。
目前世界上常用的深水生产装备有 FPSO、 半 潜式生产平台、 SPAR、 TLP 等。 SPAR 平台相对于 其它深水浮式生产平台， 具有稳性好、 运动性能 更优的特点。 SPAR 是一种深吃水平台， 因其重心 位于浮心下方而具有恒稳性， 恶劣海洋环境条件 下安全性具有无可比拟的优势。 由于吃水深、 水 线 面 积 小 ， SPAR 平 台 的 垂 荡 运 动 比 半 潜 式 平 台 小， 与张力腿平台相当， 在系泊系统和主体浮力 控制下， 具有良好的运动特性， 特别是垂荡运动 和漂移小， 适合于深水锚泊定位， 对系泊系统和 立管的相关技术要求相对较低， 工程成本具有明 显优势。 特别因其优秀的运动性能， 使 SPAR 成为 目前主要的适用深水干式井口作业的浮式平台， 可大大降低运营周期内的维护费用， 深受业主青 睐， 具有非常好的市场应用前景。
中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院作 为工信部 “立柱式生产平台 （SPAR） 关键设计技 术研究” 课题的参研单位， 负责 “SPAR 平台功能 及设备确定”、 “SPAR 平 台 作 业 系 统 方 案 设 计 ”、 “SPAR 平台上部组块方案设计” 和 “SPAR 平台电 气系统设计研究” 专题的研究开发工作。 通过课题 研究完成自主知识产权 SPAR 平台设计方案并形成 工程项目需要的初步开发设计技术能力， 为将来工 程项目提供技术参考和与国外技术机构相衔接所必 需的技术基础， 尽快提高国内海洋工程装备的制造 能力， 对国家资源安全有着重要意义。 1 SPAR 平台的发展现状
2
石油工程建设
2011 年 11 月
室一般为空舱。 SPAR 平 台 目 前 在 国 际 上 属 于 高 度 垄 断 的 技
术， 仅有 Technip 和 J. Ray. McDermott 两家公司能 够进行完整的设计、 建造、 安装， 已投入使用的 17 座 SPAR 平 台 都 出 自 这 两 家 公 司 ， 其 技 术 壁 垒 很高， 专利费用高昂[1]。
蜂巢型 SPAR 平台的主体由一束圆柱体通过其 空隙间的水平和垂直的结构单元连接而成。 其上部 硬舱由多个外圆柱围绕 1 个中心圆柱组成， 上部圆 柱提供整体所需浮力； 下部由外圆柱中的 3 个延伸 到底部的圆柱腿构成； 压载舱在这些圆柱腿的底 部， 以确保平台具有足够的稳定性； 垂荡板装在圆 柱腿上， 提供较大的垂荡附加质量和附加阻尼， 适 合刚性立管。 同其他 SPAR 平台一样， 由于浮心高 于重心， 蜂巢型 SPAR 平台同样非常稳定。
第 37 卷增刊
