[發明專利]一種串聯多浮筒的剛性鋼管張力筋腱定位系統

有效

• 申請號: 201610078540.0
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105752285B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 歐進萍;馬哲;閆功偉;安永輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉,潘迅

技術領域

本發明屬于深海工程裝備制造領域，涉及一種張力腿平臺(TLP)串聯多浮筒的剛性鋼管張力筋腱定位系統及其安裝方法。

背景技術

隨著全球能源需求量的不斷增加，越來越多的深水以及超深水油氣資源被不斷勘探和開發，采用的鉆采設備主要是不同類型的浮式平臺，其中以張力腿平臺、半潛式平臺、浮式生產儲油輪和柱式平臺這四種最為常用。張力腿平臺由甲板、立柱、下浮體、張力腿、立管和基礎等幾部分組成，是一種已經被廣泛應用于世界深海油氣工程中的半固定半順應式平臺。它通過平行且張緊的豎向張力腿系統與海底相連，保證了平臺在縱、橫搖和垂蕩方向上的良好性能。而平臺在縱、橫蕩和首搖方向上則具有順應式平臺的特征，以很大的慣性力來平衡外荷載，具有較小的運動響應。目前的在役張力腿平臺就位水深大多為1000米以內，當平臺就位水深更深、環境條件更惡劣時，平臺縱、橫蕩及垂蕩方向的運動就很難再滿足生產的要求，這在很大程度上限制了張力腿平臺在更深海域的應用。

張力筋腱系統是張力腿平臺中最重要的子結構，其作用是為平臺主體提供半剛性的順應式約束，并最終將平臺整體承受的荷載傳遞至海底錨固基礎。同時，張力筋腱也是在張力腿平臺生產過程中最易出現損傷和異常的子結構，疲勞、過載、導流罩破裂、銹蝕、應力松弛及錨頭損壞等原因都將導致張力筋腱系統的損傷或異常。此外，隨著工作水深的不斷增加，上述原因引起的損傷會不斷積累，并有可能對平臺安全造成不可逆轉的破壞，從而引發災難性事故。

現有張力腿平臺的張力筋腱系統主要有依據中性浮力理論設計的剛性鋼管張力筋腱和多浮子式柔性鋼纜張力筋腱兩種，它們在超深水域均存在偏移量過大等不利現象，使得其就位水深一般需控制在1000米以下；如何應對更深海域的需求，設計更加安全可靠、經濟合理的約束定位系統是張力腿平臺走向超深水勘探開發遇到的主要問題。

發明內容

本發明針對張力腿平臺的上述問題，提供了一種水動力性能良好、可適應超深水域及惡劣海況條件的串聯多浮筒的剛性鋼管張力筋腱定位系統。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種串聯多浮筒的剛性鋼管張力筋腱定位系統，該系統包括平臺主體、串聯在剛性鋼管張力筋腱上的多組浮筒和橫撐。平臺主體外壁上四個角點處布置多個緊固鉸接支座與張力筋腱上端鉸接，采用鉸接方式可以釋放浮筒在海流作用下對張力筋腱端部產生的彎曲應力。浮筒側壁周向邊緣預留螺栓孔與橫撐一端錨固連接，同一水深位置不同張力筋腱上相鄰浮筒之間通過橫撐連接。浮筒采用水動力性能良好的空心密閉環形圓柱體結構，采用優質鋼板焊接而成；每個浮筒的頂部及底部設有進出水控制閥門，用于調節浮筒的排水量；浮筒上下表面中心處設置卡鎖裝置，用于固定張力筋腱與浮筒的相對位置。單根剛性張力筋腱沿所述浮筒中軸線貫穿，張力筋腱主體為在不同水深位置串聯多組浮筒的剛性鋼管，其中鋼管按中性浮力設計，每組張力筋腱貫穿相應的多組浮筒，張力筋腱上端通過張緊器與平臺主體下端連接，下端與海底基礎相連；每組張力筋腱可以是單根鋼管，也可以是多根鋼管。

本發明的有益效果為：1)在剛性張力筋腱上避開波浪能量集中區域串聯多組浮筒，可有效改善傳統張力腿平臺的運動性能，減小平臺的縱橫蕩及垂蕩響應幅度，使得平臺可以在更深的勘探開采水域和更惡劣海況下工作；2)由于其浮筒、連接裝置等構件結構簡單，同時可根據需要進行拆卸和重復利用，較好地控制了張力筋腱結構的建造成本；3)考慮到張力筋腱與浮筒上下表面的連接問題，浮筒宜采用空心密閉環形圓柱體；相比直接采用空心圓柱體在連接處進行焊接或栓接(連接處可能由于疲勞效應造成破壞而漏水)具有安裝方便、密閉防水性好等優點；4)分層布置浮筒可提高張力筋腱定位系統的回復剛度，同時減小張力筋腱的渦激振動問題。

附圖說明

圖1是本發明的串聯多浮筒的剛性鋼管張力筋腱定位系統示意圖；

圖2是本發明的浮筒與張力筋腱、橫撐連接側視示意圖；

圖3是本發明的浮筒與張力筋腱、橫撐連接俯視示意圖；

圖中：1平臺主體；2剛性鋼管張力筋腱；3浮筒；4橫撐；5海底基礎；進出水控制閥門6。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。

如圖1、2所示，本發明包括串聯在剛性鋼管張力筋腱2上的多組浮筒，同一水深下的相鄰浮筒之間以橫撐4相連；浮筒3采用環形圓柱體結構，在其頂部及底部設有進出水控制閥門6，用于調節浮筒的排水量。