本帖最后由 lixiaolongback 于 2012-11-14 20:16 編輯 4 F" h1 k( B9 O% a& A4 u/ ]; A! \. Q, f5 H% {7 @, B( q海洋平臺(tái)是在海洋上進(jìn)行作業(yè)，石油鉆探與生產(chǎn)所需的平臺(tái)，主要分鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩大類(lèi)。在鉆井平臺(tái)上設(shè)鉆井設(shè)備，在生產(chǎn)平臺(tái)上設(shè)采油設(shè)備。平臺(tái)與海底井口有立管相通。
呵呵，石油鉆探就是民用啦，當(dāng)然也可理解為戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備。但多才的美軍把雷達(dá)也放到半潛式平臺(tái)上了。
咱們先把軍用的放在一邊，海洋平臺(tái)就是石油開(kāi)采業(yè)向水下進(jìn)軍的一個(gè)產(chǎn)物。最原始的海洋平臺(tái)甚至不能稱(chēng)為海洋平臺(tái)，而是湖泊平臺(tái)（1891年，圣瑪麗湖，俄亥俄州），結(jié)構(gòu)為木質(zhì)，作業(yè)水深甚至僅有1.5m。說(shuō)白了，就是給陸上井架加了一層臺(tái)階。既然能在湖邊，也能在海邊嘛，到現(xiàn)在海洋平臺(tái)已經(jīng)發(fā)展成為高附加值、高科技的工業(yè)設(shè)施。形式多種多樣，且?guī)缀趺糠N新型的平臺(tái)形式出現(xiàn)都是為了再更深的海區(qū)中作業(yè)。
+ w; m9 I$ s0 V: U. |& {4 D8 T最早出現(xiàn)的平臺(tái)是導(dǎo)管架平臺(tái)(Jacket)，適用于淺近海。導(dǎo)管架平臺(tái)可以看作最原始，最直接的將鉆井設(shè)備與海底連接起來(lái)的措施。鋼樁穿過(guò)導(dǎo)管打入海底，并由若干根導(dǎo)管組合成導(dǎo)管架。導(dǎo)管架先在陸地預(yù)制好后，拖運(yùn)到海上安裝就位，然后順著導(dǎo)管打樁，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導(dǎo)管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導(dǎo)管連成一體固定于海底。平臺(tái)設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當(dāng)?shù)氐暮r而定，一般大約高出4-5m，這樣可避免波浪的沖擊。導(dǎo)管架平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，是目前最主要的固定式平臺(tái)。但其尺度、重量隨水深增加而急驟增加，所以在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。導(dǎo)管架平臺(tái)使用水深一般小于300m，世界上大于300m水深的導(dǎo)管架平臺(tái)僅7座。目前最大的導(dǎo)管架平臺(tái)是在墨西哥灣安裝的水深為610m的導(dǎo)管架平臺(tái)。呵呵，看到下圖，你是不是就想到一個(gè)字，“笨”？
典型導(dǎo)管架平臺(tái)
導(dǎo)管架平臺(tái)還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是走不動(dòng)。自從安裝之日起，它就永遠(yuǎn)固定在那個(gè)經(jīng)緯度上了。如果某公司財(cái)力有限，無(wú)法同時(shí)安裝多個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)，這時(shí)就出現(xiàn)了坐底式平臺(tái)。坐底式鉆井平臺(tái)是早期在淺水區(qū)域作業(yè)的一種移動(dòng)式鉆井平臺(tái)。平臺(tái)分本體與下體（即浮箱），由若干立柱連接平臺(tái)本體與下體，平臺(tái)上設(shè)置鉆井設(shè)備、工作場(chǎng)所、儲(chǔ)藏與生活艙室等。鉆井前在下體中灌入壓載水使之沉底，下體在坐底時(shí)支承平臺(tái)的全部重量，而此時(shí)平臺(tái)本體仍需高出水面，不受波浪沖擊。在移動(dòng)時(shí)，將下體排水上浮，提供平臺(tái)所需的全部浮力。坐底式的工作水深比較小，愈深則所需的立柱愈長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)愈重，而且立柱在拖航時(shí)升起太高，容易產(chǎn)生事故。由于坐底式平臺(tái)的工作水深不能調(diào)節(jié)，已日漸趨于淘汰。勝利1號(hào)與勝利4號(hào)都是坐底式平臺(tái)。
7 y. f6 U- I5 G" W/ s8 R/ j, v+ q坐底式平臺(tái)
你看，坐底式平臺(tái)雖然能移動(dòng)，但還是到不了更深的地方去。好么，人類(lèi)中從來(lái)不缺乏能工巧匠。在全面研究了海洋工程環(huán)境之后，美國(guó)人R G LeTourneau在20世紀(jì)50年代初提出了自升式平臺(tái)的理念，受到了廣泛的關(guān)注，但熱鬧歸熱鬧，關(guān)注之后卻沒(méi)有一家石油公司愿意建造自升式平臺(tái)。LeTourneau找來(lái)找去，終于找到了一家愿意簽合同的公司Zapata Off-Shore Company，這家公司的掌柜叫George H W Bush，哈哈，沒(méi)錯(cuò)，就是后來(lái)當(dāng)過(guò)大統(tǒng)領(lǐng)的老布什。在某次平臺(tái)建造中的儀式上，老布什還特意帶著小布什一起去見(jiàn)了見(jiàn)世面。
& l/ l! `' {+ T4 t0 A8 iLeTourneau設(shè)計(jì)的自升式平臺(tái)，于1955年建成。
老小布什
; r" m$ i) m$ s3 E是不是從這起，就注定了父子倆要為石油跟伊拉克干仗？
自升式鉆井平臺(tái)(Jack-up)是由一個(gè)上層平臺(tái)和數(shù)個(gè)能夠升降的樁腿所組成的海上平臺(tái)。這些可升降的柱腿能將平臺(tái)升到海面以上一定高度，支撐整個(gè)平臺(tái)在海上進(jìn)行鉆井作業(yè)。這種平臺(tái)既要滿(mǎn)足拖航移位時(shí)的浮性、穩(wěn)性方面的要求，又要滿(mǎn)足作業(yè)時(shí)著底穩(wěn)性和強(qiáng)度的要求，以及升降平臺(tái)和升降樁腿的要求。由于自升式平臺(tái)可適用于不同海底土壤條件和較大的水深范圍，移位靈活方便，便于建造，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)中它仍占絕大多數(shù)。導(dǎo)管架平臺(tái)和自升式平臺(tái)比起來(lái)就是鈴木摩托和福特汽車(chē)的關(guān)系。
" h# T7 _+ R+ W& Z: d5 P. ^典型的自升式平臺(tái)
自升式平臺(tái)下水，跟導(dǎo)管架平臺(tái)一樣的道理，去更深的地方就得付出尺度和重量增加的代價(jià)。目前自升式平臺(tái)最大的作業(yè)水深是400ft，也就是122m。還是那個(gè)老問(wèn)題，如何到更深的地方去采油？除了鉆井船之外還有什么辦法？殼牌公司的Bruce Collip提出了半潛式平臺(tái)的理念。其實(shí)這個(gè)理念得來(lái)相當(dāng)輕巧。殼牌公司的一家施工單位——藍(lán)水鉆井公司有一座浸沒(méi)式平臺(tái)“藍(lán)水1號(hào)”，“藍(lán)水1號(hào)”的結(jié)構(gòu)就像一張方桌，方形甲板下面四根立柱，四根立柱底部之間有一些浮箱連接。“藍(lán)水1號(hào)”本來(lái)就是按照浸沒(méi)式設(shè)計(jì)的，拖航時(shí)浮箱提供的浮力自然無(wú)法與平臺(tái)重力平衡，因此拖航時(shí)水面沒(méi)過(guò)了浮箱，但還在甲板之下。在1961年的一次拖航過(guò)程中，Bruce Collip觀察到在這個(gè)狀態(tài)下平臺(tái)相對(duì)于其平衡位置的運(yùn)動(dòng)極小，就意識(shí)到這座平臺(tái)也能在漂浮狀態(tài)下作業(yè)。
半潛式平臺(tái)(Semi)是大部分浮體沉沒(méi)于水中的一種小水線面的移動(dòng)式平臺(tái)，它從坐底式平臺(tái)演變而來(lái)，由平臺(tái)本體、立柱和下體或浮箱組成。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接，在下體問(wèn)的連接支撐一般都設(shè)在下體的上方，這樣，當(dāng)平臺(tái)移位時(shí)，可使它位于水線之上，以減小阻力；平臺(tái)上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。平臺(tái)本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊。下體或浮箱提供主要浮力，沉沒(méi)于水下以減小波浪的擾動(dòng)力。平臺(tái)本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺(tái)的穩(wěn)性，所以又有立柱穩(wěn)定式之稱(chēng)。半潛式平臺(tái)已經(jīng)成為海洋鉆井平臺(tái)的主要發(fā)展方向。嗯，相當(dāng)于用了TSI+DSG的邁騰吧。到目前為止，半潛式鉆井平臺(tái)已經(jīng)經(jīng)歷了第一代到第六代的歷程。
) `2 _6 U8 J0 p5 v$ B4 O* q+ o. d C代 作業(yè)水深 年代
% k' \/ Y7 ?: t0 l+ Q: Y1 600 ft 1960
2 1000 ft 1969–1974
3 1500 ft 1980
' H. Y5 ]0 c/ Y- E2 x* W4 x4 3000 ft 1990
5 7500 ft 1998–2004
6 10000 ft 2005–2010
* j1 {5 d$ o# `- U6 Z工作水深排世界前15名的半潛式平臺(tái)中，巴西國(guó)家石油(BR)占9艘，英國(guó)石油公司(BP)2艘，殼牌石油1艘，美國(guó)ATP油氣公司1艘，Chevron公司1 艘，美國(guó)Anadarko石油公司(APC)1艘。
典型的半潛式平臺(tái)
/ M- W8 k" E6 P5 N |3 B前面說(shuō)了，海洋平臺(tái)主要分鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩大類(lèi)。在深海，半潛式平臺(tái)主要用作鉆井，生產(chǎn)平臺(tái)就主要靠張力腿平臺(tái)（TLP）了。張力腿式平臺(tái)利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡。一般來(lái)說(shuō)，半潛式平臺(tái)的錨泊定位系統(tǒng)，都是利用錨索的懸垂曲線的位能變化來(lái)吸收平臺(tái)在波浪中動(dòng)能的變化。懸垂曲線鏈的特征之一是鏈的下端必須與水底相切，以保證錨柄不會(huì)從水底抬起，這樣就可保證錨的抓力。張力腿式平臺(tái)也是采用錨泊定位的，但與一般半潛式平臺(tái)不同，其所用錨索是繃緊成直線的，不是懸垂曲線的，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的錨是樁錨（即打入水底的樁作為錨用），或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起出的轉(zhuǎn)爪錨。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。簡(jiǎn)單說(shuō)，張力腿平臺(tái)就像一個(gè)氣球，把繩子拴在海底，它就不隨便跑了。第一代張力腿平臺(tái)其實(shí)就是從半潛式平臺(tái)發(fā)展過(guò)來(lái)的，差別在于：張力腿平臺(tái)的甲板一般呈正方形，半潛式平臺(tái)一般呈長(zhǎng)方形。張力腿平臺(tái)的浮箱要相互連通，半潛式平臺(tái)的浮箱可不連通。第二代張力腿平臺(tái)則包括單柱式TLP、最小化TLP和延伸TLP，其中單柱式TLP和最小化TLP又稱(chēng)為迷你式TLP。
典型的第一代張力腿平臺(tái)
附幾張張力腿圖片
- C5 U+ l1 l1 Q$ r" M0 g2 d# p, s$ q: R' o& O接下來(lái)呢，該海洋平臺(tái)中的保時(shí)捷出場(chǎng)了——SPAR平臺(tái)。SPAR的理念源自于浮標(biāo)，實(shí)際上它結(jié)構(gòu)的大部分都是浮筒。主體是單圓柱結(jié)構(gòu)，垂直懸浮于水中，特別適宜于深水作業(yè)，在深水環(huán)境中運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、安全性良好。主體可分為幾個(gè)部分，有的部分為全封閉式結(jié)構(gòu)，有的部分為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，但各部分的橫截面都具有相同的直徑。由于主體吃水很深，平臺(tái)的垂蕩和縱蕩運(yùn)動(dòng)幅度很小，使得SPAR平臺(tái)能夠安裝剛性的垂直立管系統(tǒng)，承擔(dān)鉆探、生產(chǎn)和油氣輸出工作。
% H& [" b f) P6 Y/ zSPAR平臺(tái)本身的發(fā)展也經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程：Classical SPAR, Truss SPAR, Cell SPAR.
哥兒仨
海洋平臺(tái)中的偏門(mén)：重力式混凝土平臺(tái)，牽索塔平臺(tái)在此就不做介紹了。
TLP和SPAR是目前海洋平臺(tái)中科技含量最高的產(chǎn)品，留作后續(xù)單獨(dú)介紹。
l- @; t, d" F- @- J再來(lái)回顧一下海洋平臺(tái)中的主流：
; Y: ^9 u" r; c( V0 ^4 E2 Z此圖中，從左到右依次是導(dǎo)管架平臺(tái)，自升式平臺(tái)，半潛式平臺(tái)，鉆井船，張力腿平臺(tái)。
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