[發(fā)明專利]一種用于超深水作業(yè)的新型張力腿平臺的串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107323618A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬哲;歐進(jìn)萍;任年鑫;王志超
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B63B21/50
• 分類號: B63B21/50
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 李曉亮,潘迅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深海工程裝備制造領(lǐng)域，具體為張力腿平臺(TLP)串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)及其安裝方法。

背景技術(shù)

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勘探和開發(fā)，采用的鉆采設(shè)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(chǎn)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(chǔ)等幾部分組成，是一種已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于世界深海油氣工程中的半固定半順應(yīng)式平臺。它通過平行且張緊的豎向張力腿系統(tǒng)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(yīng)式平臺的特征，以很大的慣性力來平衡外荷載，具有較好的運動響應(yīng)效果。目前的在役張力腿平臺就位水深大多為1000米以內(nèi)，當(dāng)平臺就位水深更深、環(huán)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(chǎn)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(yīng)用。

張力筋腱系統(tǒng)是張力腿平臺中最重要的子結(jié)構(gòu)，其作用是為平臺主體提供半剛性的順應(yīng)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(chǔ)。同時，張力筋腱也是在張力腿平臺生產(chǎn)過程中最易出現(xiàn)損傷和異常的子結(jié)構(gòu)，疲勞、過載、導(dǎo)流罩破裂、銹蝕、應(yīng)力松弛及錨頭損壞等原因都將導(dǎo)致張力筋腱系統(tǒng)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(zhuǎn)的破壞，從而引發(fā)災(zāi)難性事故。

現(xiàn)有張力腿平臺的張力筋腱系統(tǒng)主要有依據(jù)中性浮力理論設(shè)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(xiàn)象，使得其就位水深一般需控制在1000米以下；如何應(yīng)對更深海域的需求，設(shè)計更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的約束定位系統(tǒng)是張力腿平臺走向超深水勘探開發(fā)遇到的主要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對張力腿平臺的上述問題，提供一種水動力性能良好、可適應(yīng)超深水域及惡劣海況條件的串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種用于超深水作業(yè)的新型張力腿平臺的串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)，包括平臺主體1、張力筋腱2、浮筒3、橫撐4、海底基礎(chǔ)5、排水閥門6、斜向張緊系泊7。

所述的平臺主體1外壁的四個角點處布置四個緊固鉸接支座與剛性鋼管張力筋腱2的上端鉸接，鉸接方式可以釋放浮筒在海流作用下對張力筋腱端部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，張力筋腱2的下端鉸接在海底基礎(chǔ)5上；張力筋腱2為剛性鋼管。

所述的張力筋腱2上串聯(lián)多層浮筒3，單根張力筋腱2沿浮筒3中軸線貫穿，并于浮筒3上下表面設(shè)置錨固裝置固定浮筒相對于張力筋腱的位置，四根張力筋腱上共有4×n個浮筒，每層浮筒對應(yīng)的水深相同；同層相鄰浮筒3之間通過橫撐4連接，橫撐4為密閉的浮箱。張力筋腱上最下層浮筒3的底端與多根斜向張緊系泊7的上端相連，斜向系泊7的下端固定于海底基礎(chǔ)5上，每個浮筒分配三根對稱分布的斜向系泊，配置俯視圖4如下所示。

所述的浮筒3為環(huán)形圓柱體結(jié)構(gòu)，其頂部設(shè)有排水閥門6，用于調(diào)節(jié)浮筒3的排水量。浮筒3軸線處的鋼管為張力筋腱，通過焊接的方式與浮筒3連接，起到傳遞荷載的作用。

該用于超深水作業(yè)的串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)能夠保證平臺主體1的水平位移小于水深的5％。

本發(fā)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(qū)域串聯(lián)多層浮筒，因此可有效改善傳統(tǒng)張力腿平臺的運動性能，減小平臺的縱橫蕩及垂蕩響應(yīng)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(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單，同時可根據(jù)需要進(jìn)行拆卸和重復(fù)利用，較好地控制了張力筋腱結(jié)構(gòu)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(huán)形圓柱體；相比直接采用空心圓柱體在連接處進(jìn)行焊接或栓接(連接處可能由于疲勞效應(yīng)造成破壞而漏水)具有安裝方便、密閉防水性好等優(yōu)點；4)分層布置浮筒可提高張力筋腱定位系統(tǒng)的回復(fù)剛度，同時減小張力筋腱的渦激振動問題。5)橫撐采用密閉的浮箱構(gòu)成，可以提供一定的浮力，同時浮箱還可以起到穩(wěn)定各張力筋腱的相對空間位置，抑制平臺主體垂向運動的作用。6)斜向張緊式系泊能夠有效地提供水平回復(fù)荷載，有效地控制下部串聯(lián)浮筒的運動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的串聯(lián)多浮筒式混合系泊定位系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明的浮筒與張力筋腱、橫撐連接的側(cè)視示意圖；

圖3是本發(fā)明的浮筒與張力筋腱、橫撐連接的俯視示意圖；

圖4是本發(fā)明斜向張緊系泊的布置示意圖