一種自升式水下浮體張力腿平臺及其建造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋工程裝備的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，更具體地說是一種具有海洋油氣開采、生產(chǎn)、存儲以及鉆/完/修井功能的新型張力腿平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]張力腿(簡稱:TLP)平臺工作原理:
[0003]張力腿平臺是一種新興的并擁有優(yōu)良的工作記錄的海洋油氣開發(fā)工程設(shè)施，雖然結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用方式各不相同，但其基本工作原理一致。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的平臺主要結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，它通過自身的船體結(jié)構(gòu)2 (水面浮體)，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于平臺整體自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就稱為剩余浮力，這部分剩余浮力與時(shí)刻處于受張拉繃緊狀態(tài)的張力腿3產(chǎn)生的預(yù)張力平衡。較大的張力腿預(yù)張力使平臺平面外的運(yùn)動(dòng)(橫搖、縱搖和垂蕩)較小，近似于剛性，張力腿將平臺和海底固接在一起，為生產(chǎn)提供一個(gè)相對平穩(wěn)安全的工作環(huán)境。
[0005]圖2中示出了船體結(jié)構(gòu)2 (水面浮體)的結(jié)構(gòu)。其中中部位置為浮體，三個(gè)陰影部分為實(shí)體鋼結(jié)構(gòu)，用于張力腿3的固定。船體結(jié)構(gòu)2直接連接了上部模塊I。上部模塊I的功能包括井口控制、鉆采、原油處理以及生活設(shè)施。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)張力腿平臺的建造安裝情況:首先，上部模塊1、船體結(jié)構(gòu)2在船廠分別獨(dú)立建造。其次，上部模塊1、船體結(jié)構(gòu)2在海上需要使用運(yùn)輸船分別獨(dú)立運(yùn)輸。最后，如圖3所示，在作業(yè)海域主要安裝過程:先定位安裝船體結(jié)構(gòu)2，連接先前完工錨固的張力腿3，然后吊裝上部模塊I。如圖3所示。該過程需要使用駁船、輔助支持船、重吊船等組合工作，交叉作業(yè)，海上施工量非常大，安裝風(fēng)險(xiǎn)高，費(fèi)用高昂。圖中，標(biāo)號A為海平面；標(biāo)號B為海床，標(biāo)號81為吊繩，標(biāo)號82為大型起重工程船。
[0007]除了上述建造過程的問題，在運(yùn)動(dòng)性能方面，現(xiàn)有技術(shù)的平臺還存在如下問題:
[0008]1.張力腿平臺特有的平面外運(yùn)動(dòng)剛性良好(橫搖、縱搖和垂蕩較小)，但其較大水面浮體的特性，決定其仍然不可避免的遭受波浪流載荷，從而產(chǎn)生不可忽視的縱蕩、橫蕩和艏搖運(yùn)動(dòng)，即平臺平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)性能一般。
[0009]2.其水面浮體的特性也限制了其主尺度，從而沒有或難以具有較大儲油能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供一種用于海上油氣資源的開采、生產(chǎn)，可兼容鉆/修井作業(yè)的TLP平臺，可以整體建造，整體拖航。在預(yù)定海域安裝過程中，可以完成上船體(載有上部模塊)自安裝，避免了現(xiàn)有TLP需要各種海工支持船的組合工作與交叉作業(yè)，減少海上施工量及安裝風(fēng)險(xiǎn)，極大降低高昂的海上安裝費(fèi)用，降低投資成本。生產(chǎn)工況下，上船體通過粧腿結(jié)構(gòu)支撐位于水面上，與水面保持一定氣隙，下船體位于水面下一定深度。這種形式帶來的好處是位于水線面附近的粧腿結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)TLP水面大型浮體相比，具有極小的排水體積和濕表面，且下船體避開了水線面附近海流流速較快區(qū)域，從而顯著降低了整體波流載荷，使新型TLP具有更好的水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)性能(縱蕩、橫蕩和艏搖較小)。由此，在繼承了傳統(tǒng)TLP優(yōu)良的水平面外運(yùn)動(dòng)性能(橫搖、縱搖和垂蕩較小)的同時(shí)，本發(fā)明TLP能夠同時(shí)獲得優(yōu)良的水平面內(nèi)和水平面外運(yùn)動(dòng)性能，得到了更為優(yōu)良的定位性能，為整個(gè)平臺裝備生產(chǎn)提供一個(gè)平穩(wěn)安全的工作環(huán)境。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種自升式水下浮體張力腿平臺，包括上船體和下船體，所述上船體通過自升式粧腿連接所述下船體；所述下船體為水下浮體，通過底部邊緣間隔布置的筋腱連接固定于海床的張力腿。
[0012]其中，所述上船體為水密箱型結(jié)構(gòu)，作為控制、生活及功能模塊載體。優(yōu)選方式下，所述下船體設(shè)置有儲油空間。所述自升式粧腿為三個(gè)。
[0013]本發(fā)明還提供了自升式水下浮體張力腿平臺的建造方法，包括如下步驟:
[0014]S1、塢內(nèi)整體建造平臺，包括上船體和下船體，上船體通過貫穿自升式粧腿連接下船體；下船體為水下浮體結(jié)構(gòu)；此外，在作業(yè)水域錨固張力腿；
[0015]S2、將整體建造的平臺拖移至作業(yè)水域，其中，濕拖方式時(shí)，吃水線在下船體上；
[0016]S3、通過壓載，吃水線轉(zhuǎn)移到上船體，借助為粧腿配置的升降及鎖緊系統(tǒng)，下放下船體到水下設(shè)計(jì)深度；
[0017]S4、通過工程船輔助，下船體連接張力腿；下船體排載后，張力腿張緊。
[0018]工作狀態(tài)下，所述上船體通過粧腿升至海平面以上。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
[0020]一、建造安裝方面:
[0021]1.本發(fā)明新型TLP可以在船廠整體建造；
[0022]2.海上整體拖航運(yùn)輸，減少運(yùn)輸船使用；
[0023]3.在預(yù)定作業(yè)海域主要安裝過程中，除了張力腿安裝中需要使用工程船輔助支持夕卜，上船體(包括上部功能模塊)能夠?qū)崿F(xiàn)自安裝，最大程度減少駁船、輔助支持船、重吊船等的組合工作，大大減少交叉作業(yè)、海上施工量及安裝風(fēng)險(xiǎn)，將極大改善海洋工程項(xiàng)目中費(fèi)用高昂的海上安裝，降低投資成本。
[0024]二、運(yùn)動(dòng)性能方面:
[0025]除了繼承現(xiàn)有TLP平臺特有的良好水平面外運(yùn)動(dòng)剛性(橫搖、縱搖和垂蕩較小)，發(fā)明新型TLP形式帶來的好處是位于水線面附近的粧腿結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有TLP水面大型浮體相比，具有極小的排水體積和濕表面，且位于水面下一定深度、為整個(gè)裝置提供浮力的下船體，與現(xiàn)有TLP水線面浮體相比，成功避開了水線面附近的波浪及海流流速度較快區(qū)域，從而顯著降低了整體波流載荷，從而使新型TLP具有更好的水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)性能(縱蕩、橫蕩和艏搖較小)。由此，在繼承了傳統(tǒng)TLP優(yōu)良的水平面外運(yùn)動(dòng)性能的同時(shí)，發(fā)明新型TLP能夠同時(shí)獲得優(yōu)良的水平面內(nèi)和水平面外運(yùn)動(dòng)性能，即具有更為優(yōu)良的定位性能。
[0026]三、可擴(kuò)展方面:
[0027]位于水下的下船體浮箱，在擺脫了波浪載荷的限制后，可依據(jù)波流載荷優(yōu)化整體外形，其形狀和尺寸都具有更大的設(shè)計(jì)調(diào)整空間，可擴(kuò)大艙容，可擴(kuò)展其具有儲油功能。
【附圖說明】
[0028]圖1是現(xiàn)有技術(shù)張力腿平臺(TLP)海上工作中的立面示意圖；
[0029]圖2是圖1中D-D向投影圖。
[0030]圖3是現(xiàn)有技術(shù)TLP上部模塊海上安裝示意圖；
[0031]圖4是本發(fā)明新型TLP海上工作中的立面示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明新型TLP整體拖航示意圖；
[0033]圖6是本發(fā)明新型TLP海上安裝過程中下放下船體示意圖；
[0034]圖7是本發(fā)