1、張力腿平臺(tái)簡(jiǎn)介一.第一代張力腿平臺(tái)總述第一代張力腿平臺(tái)，即傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、分布范圍廣、平臺(tái)數(shù)量多、設(shè)計(jì)理論成熟，在張力腿平臺(tái)發(fā)展的歷史中占有很重要的地位。從1984年至今，世界上建成投入生產(chǎn)的傳統(tǒng)類型張力腿平臺(tái)共有11座，尚未發(fā)生過傾覆、沉沒等重大事故，擁有優(yōu)良的工作記錄，由此堅(jiān)定了業(yè)界對(duì)TLP這種新興海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的信心。在其發(fā)展的20年時(shí)間里，世界各國的研究者和工程技術(shù)人員積累了豐富的設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)，為以后張力腿平臺(tái)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在已建成的11座傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)中，Shell石油公司在1994-2001年7年間連續(xù)建造的5座張力腿平臺(tái)具有一定的代表性，

2、分別為Auger、Mars、RamUrsa和Brutus。通過第一代張力腿平臺(tái)的生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)一步證明了張力腿平臺(tái)在深海域半剛性半柔性的優(yōu)良運(yùn)動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)性，但是同時(shí)亦發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式仍存在著一定的不足。在水深超過1200m的極深水水域，隨著張力筋腱長(zhǎng)度的增加，生現(xiàn)了張力腿自重過大的問題，并且由于張力筋腱在深水中的受力情況發(fā)生改變，因此影響了平臺(tái)的定位性在降低造價(jià)、改善受力情況和運(yùn)動(dòng)性能的方面，傳統(tǒng)類型張力腿平臺(tái)的本體結(jié)構(gòu)仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。差頻載荷是一個(gè)緩慢變化的力，它將和同樣緩慢變化的張力腿平臺(tái)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)發(fā)生共振。另外，風(fēng)的激振力也在這個(gè)差頻范圍內(nèi)，必然會(huì)加劇這種慢漂運(yùn)動(dòng)。波浪的

3、高頻分量和高頻水動(dòng)力會(huì)引起張力腿平臺(tái)平面外的共振，通常稱為Springing和Ringing。張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)這兩個(gè)問題隨著水深的增加而加劇，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有很大的影響。傳統(tǒng)的張力腿平臺(tái)是通過海底基礎(chǔ)固定入位的，隨著水深的增加，海底基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工變得十分復(fù)雜。因此，張力腿平臺(tái)所具有的經(jīng)濟(jì)、安全和良好的動(dòng)力特性在更深水域中均不能得到充分的發(fā)揮，傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能很好地適應(yīng)更深的水域。各國學(xué)者對(duì)張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式的不斷改進(jìn)完善非常重視，因此，混合式張力腿平臺(tái)及懸式張力腿平臺(tái)等新型的張力腿平臺(tái)便應(yīng)運(yùn)而生二.張力腿平臺(tái)的工作原理及性能張力腿平臺(tái)設(shè)計(jì)最主要的思想是使平臺(tái)半順應(yīng)半剛性。它通過

4、自身的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就稱為剩余浮力，這部分剩余浮力與預(yù)張力平衡。預(yù)張力作用在張力腿平臺(tái)的垂直張力腿系統(tǒng)上，使張力腿時(shí)刻處于受張拉的繃緊狀態(tài)。較大的張力腿預(yù)張力使平臺(tái)平面外的運(yùn)動(dòng)（橫搖、縱搖和垂蕩）較小，近似于剛性。張力腿將平臺(tái)和海底固接在一起，為生產(chǎn)提供一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)安全的工作環(huán)境。另一方面，張力腿平臺(tái)本體主要是直立浮筒結(jié)構(gòu)，一般浮筒所受波浪力的水平方向分力較垂直方向分力大，因而通過張力腿在平面內(nèi)的柔性，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)（縱蕩、橫蕩和首搖），即為順應(yīng)式。這樣，較大的環(huán)境載荷能夠通過慣性力來平衡，而不需要通過結(jié)構(gòu)內(nèi)力來平衡。張力腿平臺(tái)這樣的結(jié)

5、構(gòu)形式使得結(jié)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。張力腿平臺(tái)的張力腿系統(tǒng)在初始位置是直立的，平臺(tái)的縱蕩運(yùn)動(dòng)將不引起縱搖，但一般會(huì)和平臺(tái)的垂向運(yùn)動(dòng)相耦合，即縱蕩引起垂蕩。在運(yùn)動(dòng)過程中沒有一個(gè)張力腿松弛，它們始終保持等長(zhǎng)度平行狀態(tài)。如果有任意一個(gè)張力腿未校準(zhǔn)，則會(huì)破壞這種理想的平衡性質(zhì)。因此在張力腿平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，張腿錨固位置容許的偏差量很重要。同時(shí)，設(shè)想使用非平行的張力腿，這樣的張力腿雖然亦可將平臺(tái)固定于更一空間位置，但不平行的張力腿必然會(huì)在空間相交于一點(diǎn)，這一點(diǎn)將是平臺(tái)橫蕩引起首搖的旋轉(zhuǎn)中心。張力腿平臺(tái)在張力腿系泊系統(tǒng)張力變化和平臺(tái)本體浮力變化控制下，平臺(tái)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)固有頻率低于波浪頻率，而平面外的運(yùn)動(dòng)固有頻率

6、高于波浪頻率。一座典型的張力腿平臺(tái),其垂蕩運(yùn)動(dòng)的固有周期為24s,而縱橫蕩運(yùn)動(dòng)的固有周期為100200s；橫搖、縱搖運(yùn)動(dòng)固有周期均低于4s,而首搖的運(yùn)動(dòng)固有周期則高于40so整個(gè)結(jié)構(gòu)的頻率跨越在海浪的一階頻率譜兩端，從而避免了結(jié)構(gòu)和海浪能量集中的頻率發(fā)生共振，使平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力合理，動(dòng)力性能良好。迄今為止，張力腿平臺(tái)有著良好的安全記錄，這與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的成功是密不可分的三.張力腿平臺(tái)的分類目前世界上在建和在役的張力腿平臺(tái)共有21座，這些張力腿平臺(tái)的基本工作原理一致，但是結(jié)構(gòu)形式以及應(yīng)用方式卻各不相同，為了清楚地區(qū)分它們，以下從三個(gè)方面對(duì)這21座張力腿平臺(tái)進(jìn)行分類，在以后的文章中將從每類中選由數(shù)個(gè)平臺(tái)

7、做詳盡的圖文介紹。1、按照總體結(jié)構(gòu)分類可以分為兩個(gè)大類，即第一代張力腿平臺(tái)和第二代張力腿平臺(tái)；詳見第二頁。2、按照采油樹位置不同分類可以劃分為濕樹平臺(tái)和干樹平臺(tái)兩大類；詳見第三頁。3、按照功能和應(yīng)用方式分類可以分為大載荷張力腿平臺(tái)、迷你型張力腿平臺(tái)、井口張力腿平臺(tái)三大類；1、按照總體結(jié)構(gòu)分類從1984年至今的20年時(shí)間里，對(duì)張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。為了進(jìn)一步降低張力腿平臺(tái)的成本，提高其適應(yīng)性、穩(wěn)定性和安全性，全世界的研究機(jī)構(gòu)和石油公司不斷提由新形式的張力腿平臺(tái)，并將其投入實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行檢驗(yàn)，從而形成了多種多樣的張力腿平臺(tái)家族。根據(jù)張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)化的階段，大致可

8、將它們分為兩個(gè)大類，即第一代張力腿平臺(tái)和第二代張力腿平臺(tái)。第一代張力腿平臺(tái)是最早由現(xiàn)的張力腿平臺(tái)，也是當(dāng)今世界上數(shù)量最多的張力腿平臺(tái)，目前在役和在建的平臺(tái)共12座，占世界張力腿平臺(tái)總數(shù)的一半以上，而且仍在不斷發(fā)展壯大。第一代張力腿平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)在前面介紹過了，在此不再贅述。為了將它與此后發(fā)展起來的其他結(jié)構(gòu)形式的張力腿平臺(tái)相區(qū)別，又將其稱為傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)。自1984年以來，傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷發(fā)展，其理論研究和工程應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。20世紀(jì)80年代Hutton和Jolliet平臺(tái)的生產(chǎn)應(yīng)用，為傳統(tǒng)張力腿平臺(tái)提供了豐富的數(shù)據(jù)積累和優(yōu)良的工作記錄。進(jìn)入90年代以來，傳統(tǒng)

9、類型的張力腿平臺(tái)繼續(xù)飛速發(fā)展，SnorreTLP和HeidrunTLP分別于1992年和1995年相繼建成，使北海的張力腿平臺(tái)數(shù)量達(dá)到了3座；從1994年到2001年，Shell石油公司又在墨西哥灣連續(xù)制造了5座傳統(tǒng)類型的張力腿平臺(tái)，分別是AugerTLP、MarsTLP、RamPowellTLP、UrsaTLP和BrutusTLP;1999年，BP也建成了該公司的第一座張力腿平臺(tái)MalinTLP;2003年，Unocal公司在印度尼西亞的加里曼丹島以東海域建成了WestSenoTLP,從而首次將張力腿平臺(tái)引入到亞洲海域。這些張力腿平臺(tái)保持著張力腿平臺(tái)工作性能的多項(xiàng)世界紀(jì)錄，其中，Heidru

10、nTLP的排水量達(dá)到290310t,是世界現(xiàn)役的張力腿平臺(tái)中噸位最大的一座；SnorreTLP日產(chǎn)石油190000桶（1桶=158.9873dm3）、天然氣3.2X106R3,保持張力腿平臺(tái)生產(chǎn)能力的世界紀(jì)錄；而UrsaTLP的工作水深則突破了千米大關(guān)，至2004年仍保持著張力腿平臺(tái)工作水深的世界紀(jì)錄。屬于第一代張力腿平臺(tái)的有Hutton、Jolliet、SnorreA、Auger、Heidrun、Mars、RamPowell、Ursa、Marlin、Brutus、WestSenoA和WestSenoBo第二代張力腿平臺(tái)由現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期，它是在第一代張力腿平臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第二

11、代張力腿平臺(tái)在繼承傳統(tǒng)類型張力腿平臺(tái)優(yōu)良運(yùn)動(dòng)性能和良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使張力腿平臺(tái)更適合于深海環(huán)境，并且降低了建造成本。世界海洋工程界發(fā)展第二代張力腿平臺(tái)的積極性很高，各大公司紛紛提由了種類繁多的平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。總的來說，目前投入生產(chǎn)實(shí)踐的第二代張力腿平臺(tái)共分為三大系列，分別是由Atlantia公司設(shè)計(jì)的SeaStar系列張力腿平臺(tái)、由MODE儂司設(shè)計(jì)的MOSE琮列張力腿平臺(tái)以及由ABB公司設(shè)計(jì)的延伸式張力腿平臺(tái)（簡(jiǎn)稱ETLP）o關(guān)于這些第二代張力腿平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，將在以后的章節(jié)中詳細(xì)介紹。屬于第二代張力腿平臺(tái)的有：SeaStar、TLP、MOSESTLPETLP

12、Morpeth、Allegheny、Typhoon、Matterhorn、Prince、MarcoPolo、KizombaA、KizombaB和Magnolia。另外，除了以上這些已投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的張力腿平臺(tái)以外，在過去的20年里，全世界的研究者和工程技術(shù)人員還提生了不少很有價(jià)值的設(shè)計(jì)方案，并且圍繞這些方案進(jìn)行了廣泛而深入的研究和實(shí)驗(yàn)。雖然由于種種原因，這些平臺(tái)設(shè)計(jì)方案至今仍未進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域，但是了解它們，對(duì)于開拓人們的思路，更好地進(jìn)行下一步的研究是大有裨益的。所以，后面的文章里有選擇性地介紹了兩種新型的張力腿平臺(tái)，以期對(duì)讀者能起到啟迪作用。2、按照采油樹位置不同分類按照采油樹安裝位置的不同，

13、當(dāng)今世界上的張力腿平臺(tái)可以劃分為濕樹平臺(tái)和干樹平臺(tái)兩大類。濕樹平臺(tái)（wettreesplatform）的采油樹位于海底，平臺(tái)上安裝有獨(dú)立的全套生產(chǎn)處理設(shè)施以支持一定數(shù)量的海底油井。海底油井通過柔性輸油管和鋼制懸鏈線立管（簡(jiǎn)稱SCR與平臺(tái)上生產(chǎn)設(shè)施相連，平臺(tái)上的全部生產(chǎn)活動(dòng)都要通過這些管線來進(jìn)行。具優(yōu)點(diǎn)是采油樹位于海底，減少了平臺(tái)上體的負(fù)載，不需要建造體積龐大的平臺(tái)主體，因而降低了平臺(tái)的總體造價(jià)，由于不安裝垂直的張緊式立管，因此不需要考慮平臺(tái)吃水變化對(duì)生產(chǎn)立管的影響，從而簡(jiǎn)化了平臺(tái)的設(shè)計(jì)。濕樹平臺(tái)非常適用于分布面廣、由油點(diǎn)分散的油田。它以柔性輸油管和SCR組成分布廣泛的海底管線系統(tǒng)，再以濕樹平臺(tái)

14、作為管匯中心，便可以控制較廣的區(qū)域。另外，濕樹平臺(tái)的生產(chǎn)儲(chǔ)備能力具有很大的彈性，新增的設(shè)備和海底油井容易加裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)中，對(duì)油田的遠(yuǎn)期開發(fā)比較方便。已建成的有Hutton、Jolliet、SnorreA、Auger、Heidrun、Mars、Ram/Powell、Ursa、Marlin、Brutus、Prince、KizombaA、Matterhorn、WestSenoA、MarcoPolo、Magnolia、KizombaB和WestSenoB。干樹平臺(tái)(drytreesplatform)的采油樹則位于平臺(tái)之上，由垂直生產(chǎn)立管直接連接到位于平臺(tái)井口甲板的采油樹上。張力腿平臺(tái)優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性

15、能，使其在安裝干樹系統(tǒng)方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槠脚_(tái)與生產(chǎn)立管之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)量較小，因此可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的立管張緊裝置。干樹平臺(tái)的生產(chǎn)活動(dòng)主要通過頂張緊立管來進(jìn)行。具優(yōu)點(diǎn)是海底油井和表面干樹直接通過生產(chǎn)立管垂直連接，可在平臺(tái)上體安裝鉆塔，使張力腿平臺(tái)自行實(shí)現(xiàn)鉆井、完井功能，避免了遠(yuǎn)期油田開發(fā)中需要調(diào)用其他鉆井設(shè)施而使平臺(tái)生產(chǎn)中斷的問題。另外，由于采油樹位于平臺(tái)之上，因此維修方便，易于管理，還省去了將海底采油樹回接到平臺(tái)上體的硬件費(fèi)用。已建成的有Morpeth、Allegheny和Typhoon。需要指由的是，世界上現(xiàn)有的張力腿平臺(tái)大多是所處海域的中心平臺(tái)，有的張力腿平臺(tái)除了在平臺(tái)上體安

16、裝有干樹系統(tǒng)，能夠自行進(jìn)行探采和控井工作之外，同時(shí)還通過柔性輸油管和SCRf附近油田的海底采油系統(tǒng)或其他衛(wèi)星平臺(tái)相連，作為其石油處理和輸生的中心。在此情況下，這些張力腿平臺(tái)自身就結(jié)合了干樹和濕樹兩種系統(tǒng)。因此，在對(duì)各張力腿平臺(tái)進(jìn)行分類時(shí)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是看該平臺(tái)是否擁有支持干樹系統(tǒng)的能力。3、按照功能和應(yīng)用方式分類目前張力腿平臺(tái)的功能和應(yīng)用方式非常靈活，如果以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，可將世界上21座張力腿平臺(tái)劃分為大載荷張力腿平臺(tái)、迷你型張力腿平臺(tái)、井口張力腿平臺(tái)三大類。大載荷張力腿平臺(tái)(largedeckloadTLP)是這三種張力腿平臺(tái)中歷史最悠久的一種類型，它是一種體積巨大、造價(jià)昂貴的張力腿平臺(tái)形

17、式，能夠支持一套高生產(chǎn)能力的原油處理設(shè)施。目前全世界共有9座大載荷張力腿平臺(tái)，其中3座位于北海油田，6座位于墨西哥灣。因?yàn)閺埩ν鹊念A(yù)張力很好地限制8了平臺(tái)的垂蕩運(yùn)動(dòng)，因此控井設(shè)施可以安裝在這種平臺(tái)的上體，以便于設(shè)備的維護(hù)和修理工作。在歷史上，這種生產(chǎn)系統(tǒng)之所以得到業(yè)界的青睞，主要原因就在于它能夠安裝干樹采油系統(tǒng)。但是，由于其高昂的造價(jià)和對(duì)極深水環(huán)境的不適應(yīng)性，人們現(xiàn)在已經(jīng)逐漸失去了對(duì)建造大載荷張力腿平臺(tái)的興趣。當(dāng)工作水深超過1200m時(shí)，張力筋腱自重過大是大載荷張力腿平臺(tái)最主要的問題。屬于大載荷張力腿平臺(tái)的是：Hutton、SnorreA、Auger、Heidrun、Mars、Ram/Powe

18、ll、Ursa、Marlin和Brutus。迷你型張力腿平臺(tái)(Mini-TLP)并不是一種簡(jiǎn)單縮小化的傳統(tǒng)類型張力腿平臺(tái)，它通過對(duì)平臺(tái)上體、立柱以及張力腿系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，從而達(dá)到優(yōu)化各項(xiàng)參數(shù)，以更小噸位獲得更大有效載荷的目標(biāo)。迷你型張力腿平臺(tái)相對(duì)于同等規(guī)模的傳統(tǒng)類型張力腿平臺(tái)，具有體積小、造價(jià)低、靈活性好、受環(huán)境載荷小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于開發(fā)中小油田。而且與大載荷張力腿平臺(tái)不同，迷你型張力腿平臺(tái)能夠在極深水環(huán)境中穩(wěn)定地工作，這也是它之所以能夠逐漸取代大載荷張力腿平臺(tái)，占據(jù)當(dāng)今張力腿平臺(tái)建造主流的最重要的原因。屬于迷你型張力腿平臺(tái)的有：Morpeth、Allegheny、Typhoon、Prince、Matterhorn、MarcoPolo和Magnolia井口張力腿平臺(tái)(TensionLegWellheadPlatform,簡(jiǎn)稱TLWP是一種經(jīng)濟(jì)型的張力腿平臺(tái)。與前兩種張力腿平臺(tái)不同，井口張力腿不能獨(dú)立進(jìn)行生產(chǎn)工作，在它的平臺(tái)上體只安裝有控井設(shè)施，而其他的石油生產(chǎn)和處理設(shè)施都安裝在一艘位于平臺(tái)附近的輔助生產(chǎn)設(shè)施上，如FPSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)