深海工程专题35625.docx

《深海工程专题35625.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《深海工程专题35625.docx（23页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、深海工程专题0图片： 图片： 海洋覆盖着着地球33/4的的面积，深深海底蕴蕴藏着丰丰富的油油气资源源，它已已成为221世纪纪人类最最重要的的能源基基础之一一。世界界海洋石石油发展展的总趋趋势是走走向深水水，目前前深水大大型油气气田达550多个个，包括括2000多座深深水平台台设施、110000多套水水下装置置、1.2万千千米的深深海管道道等设施施，深水水油田产产能已达达3500万桶/天。深深水技术术的发展展不断刷刷新世界界深海作作业的最最新水平平：钻井井作业水水深达330500米，海海底管道道铺设水水深达221500米，已已投产油油田作业业水深达达21992米。深深水油气气田的开开发正在在成为

2、世世界石油油工业的的主要增增长点和和世界科科技创新新的热点点。我国国的南海海有着丰丰富的油油气资源源，被称称为世界界四大油油气聚集集地之一一，石油油地质储储量约占占我国油油气资源源总量的的1/33，其中中70% 蕴藏藏于深水水。它是是我国海海洋石油油可持续续发展的的最有前前景的区区域。随随着我国国对南海海北部大大陆架地地球物理理勘探的的进行，南南海深水水区块的的国际招招标以中中、菲、越越三方在在南海争争议区114.55万kmm2区域域联合勘勘探协议议的签署署，深水水油田开开发的步步伐将会会大大加加快。我我国海洋洋石油目目前的开开发水平平仅仅在在2000米水深深范围，相相对于开开发深水水油田的的

3、要求有有着较大大的差距距，这就就是我们们面临的的巨大挑挑战。本本专题系系统地介介绍了世世界上已已建和在在建的深深海顺应应式平台台，即张张力腿平平台和SSparr平台，分分析它们们的结构构特点，设设计、研研究、建建造及使使用情况况。分别别对目前前世界深深海采油油的主力力军张力腿腿平台（TTLP）、SSparr平台和和浮式生生产储油油装置（FFPSOO）作了了系统的的、较全全面的介介绍，讲讲述其发发展过程程、主要要特点、结结构形式式、设计计建造、经经济效益益以及实实施结果果等。对对20004年前前全世界界所有的的21座座 TLLP和113座 Spaar平台台作了详详细分析析。对于于浮式生生产储油油

4、装置重重点介绍绍其转塔塔和系泊泊设备以以及我国国浮式生生产储油油装置产产业的发发展。本专题主要要参考了了20005年天天津大学学出版社社出版董董艳秋著著的深深海采油油平台波波浪载荷荷及响应应和220000年石油油工业出出版社出出版张钧钧主编的的海洋洋采油工工程手册册。专题文章：1、世界深深海采油油工程的的发展 2、张力力腿平台台的历史史、现状状和明天天3、张力腿腿平台的的结构形形式和特特点4. MMinii TLLP之Wesst SSenoo5. 张张力腿平平台的工工作原理理及性能能6. 张张力腿平平台的分分类世界深海采采油工程程的发展展自19200年委内内瑞拉在在马开波波湖上用用木结构构平台

5、钻钻井以来来，海上上石油资资源的开开发至今今已有880多年年的历史史。19947年年在美国国墨西哥哥湾建成成世界第第一座钢钢结构平平台，550多年年来海上上油气的的开发和和利用越越来越受受到世界界各国重重视。220世纪纪60年代代，以美美国为首首的许多多西方国国家为摆摆脱能源源危机，纷纷纷投资资开发近近海石油油。700年代形形成近海海石油的的开发高高潮。当当时，330多个个国家的的近海石石油产量量达3.76亿亿吨。880年代代，全世世界从事事海上油油气勘探探开发的的国家和和地区超超过1000个，其其中400多个国国家海上上石油年年产量达达6.88亿吨，占占陆海石石油总产产量322亿吨的的21%

6、。20004年海海上石油油产量约约13.15亿亿吨，占占世界石石油总产产量的334%。据统计，地地球表面面积约为为5.111亿km2，海洋洋占700.9%，约占占人类生生活空间间的2/3。海海洋平均均深度为为37330m，深深度为33000060000m 的海域域约占海海洋总面面积的773.88%；水水深小于于2000m的大大陆架仅仅占海洋洋总面积积的7.49%。由此此可见，人人类从深深海开发发油气是是今后长长时期发发展的必必然趋势势。随着海上油油气开发发逐渐向向深海推推进，传传统的移移动平台台（如钻钻井船、半半潜式平平台）由由于在海海浪作用用下，其其运动性性能难以以满足深深水作业业的要求求而

7、受到到挑战。固固定式导导管架平平台和重重力式平平台随水水深增加加其自重重和工程程造价大大幅度上上升，因因此亦不不能适应应深海油油气开发发的需要要。人类类从200世纪500年代开开始探索索深海采采油新型型平台，顺顺应式平平台（ccomppliaant plaatfoorm）的的概念随随之被提提出。经经过许多多实验和和探索，1984年在英国北海建造了世界上第一座张力腿平台（简称TLP）即Hutton平台，它位于水深157m处。这标志着深水采油张力腿平台技术完全成熟。事实上，该平台的设计、施工以及建成后实际监测都为以后的张力腿平台的建造提供了丰富的资料。20世纪以以来世界界上已建建成传统统形式的的张

8、力腿腿平台111座，水水深从三三百米到到一千多多米，除除一座为为混凝土土材料外外，均为为钢结构构。其基基础形式式不仅保保留桩基基而且还还采用了了裙式重重力基础础。900年代以以来，张张力腿平平台的形形式有了了很大的的改进。现现在已形形成三大大系列，即即 Seea SStarrs系列列、MOOSESS系列和和 ETTLP系系列。所所谓Seea SStarrs TTLP指指的是119922年由Attlanntiaa公司提提出的单单柱式简简易小型型平台设设计方案案，在墨墨西哥湾湾已建成成4座；MOOSESS是Minnimuum Offfshoore Surrfacce EEquiipmeent St

9、rructturee的简称称，这种种Minni-TTLP的的概念是是由美国国海洋工工程师协协会主席席Petter Wybbro博博士提出出的。其其主体受受波浪力力的作用用小，改改善了平平台的运运动特性性，可在在3000m到18000m处处工作。这这种类型型平台在在墨西哥哥湾已建建成2座。ETTLP是是延伸式式张力腿腿平台（Extended Tension Leg Platform）的缩写，目前在西非安哥拉Kizomaba油田建设这样的平台2座。至今为止，世界上已建和正建的张力腿平台共21座，其中在北海有3座、墨西哥湾有14座、东南亚有2座、西非有2座。与此同时，另另一种深深水采油油平台SSpa

10、rr平台亦亦于19987年年由Eddwarrd EE.Hoortoon设计计。它具具有钻探探、钻井井、完井井和采油油、储油油多种功功能，亦亦可设计计成井口口平台与与浮式生生产储油油装置（FPSO）配合使用。1997年世界上第一座Spar平台Neptune建成投产，短短几年中，它的结构产生了一些变化。人们将2001年提出的桁架式结构形式的平台称为第二代Spar平台或称为 Truss Spar平台。最近，又出现主体采用蜂巢结构形式的平台，称为第三代Spar平台或称为Cell Spar平台。目前这种类型平台世界上已建和在建的共13座。Spar平台是继张力腿平台之后的第二主力深水采油平台，已经受到人们

11、的普遍青睐。值得提出的是，在深海油气开发过程中，各种浮式生产储油装置（FPSO）亦在发挥着重要作用。它与井口平台一起完成海上石油生产任务。我国海底油油气资源源丰富，主主要集中中在渤海海、黄海海、东海海以及南南海北部部。大陆陆架勘探探预计石石油资源源为2775.33亿吨，天天然气资资源为110.66亿m3。目前前发现率率仅为118.55%和9.22%，尚尚具有很很大潜力力。2003年年，中国国海洋石石油总公公司国内内外油气气总产量量达33336万万吨油当当量，其其中国内内产量226011万吨，海海外权益益产量7735.4万吨吨。根据据有关部部门发布布的数据据表明，2003年海洋石油产量2090万

12、吨，比上年增长4.2%，占全国石油总产量的13%。2004年海洋石油产量增长至4000万吨。随着我国国民经济的快速增长，能源需求量越来越大。因此，我国在加快近海油气开发的同时，向深海采油发展已势在必行。张力腿平台台的结构构形式和和特点张力腿平台台是一种种垂直系系泊的顺顺应式平平台，在在20多年年的实践践中不断断发展，已已形成了了一种典典型的结结构形式式。它一一般由五五大部分分组成，分分别是平平台上体体、立柱柱（含横横撑和斜斜撑）、下下体（沉沉箱）、张张力腿系系泊系统统和锚固固基础。通通常将平平台上体体、立柱柱及下体体并称为为平台本本体。下下面，以以第一代代张力腿腿平台AAugeer TTens

13、sionn Leeg PPlattforrm为例例，简要要地介绍绍张力腿腿平台的的总体结结构。图1 Auugerr TLLP平台台总体示示意图图1是一座座第一代代张力腿腿平台的的总体结结构示意意图。这这种张力力腿平台台的布局局俯视一一般都呈呈矩形或或三角形形，平台台上体位位于水面面以上，通通过4根或3根立柱柱与下体体连接，立立柱一般般为圆柱柱形结构构，是平平台波浪浪力和海海流力的的主要承承受部件件，其主主要作用用是提供供给平台台本体必必要的结结构刚度度。平台台的浮力力由立柱柱和位于于水面以以下的下下体浮箱箱提供。浮浮箱首尾尾与各立立柱相接接，形成成环状结结构。由由于位于于水面以以下较深深处，所

14、所以浮箱箱受表面面波浪力力的影响响较小。张张力腿与与立柱的的数量关关系一般般是一一一对应的的，每条条张力腿腿由24根张力力筋腱组组成，上上端固定定在平台台本体上上，下端端与海底底基座模模板相连连，或是是直接连连接在桩桩基顶端端。有时时候为了了增加平平台系统统的侧向向刚度，还还会安装装侧向系系泊索系系统，作作为垂直直张力腿腿系统的的辅助。海海底基础础将平台台固定入入位，主主要有桩桩基或是是吸力式式基础两两种形式式。中央央井道位位于平台台本体的的中心，可可以支持持干树系系统，生生产立管管通过中中央井道道上与生生产设备备相接，下下与海底底油井相相接。从结构特点点看，张张力腿平平台就像像一个倒倒置的钟

15、钟摆，是是一个刚刚性系统统和弹性性系统两两者综合合的复杂杂非线性性动力系系统。张力腿平台台的分类类目目前世界界上在建建和在役役的张力力腿平台台共有221座，这这些张力力腿平台台的基本本工作原原理一致致，但是是结构形形式以及及应用方方式却各各不相同同，为了了清楚地地区分它它们，以以下从三三个方面面对这221座张张力腿平平台进行行分类，在在以后的的文章中中将从每每类中选选出数个个平台做做详尽的的图文介介绍。一、按照总总体结构构分类 可以分为两两个大类类，即第第一代张张力腿平平台和第第二代张张力腿平平台；详详见第二二页。二、按照采采油树位位置不同同分类 可以划分为为湿树平平台和干干树平台台两大类类；

16、详见见第三页页。三、按照功功能和应应用方式式分类 可以分为大大载荷张张力腿平平台、迷迷你型张张力腿平平台、井井口张力力腿平台台三大类类；详见见第四页页。一、按照总总体结构构分类从19844年至今今的200年时间间里，对对张力腿腿平台结结构形式式的优化化一直是是人们关关注的热热点问题题。为了了进一步步降低张张力腿平平台的成成本，提提高其适适应性、稳稳定性和和安全性性，全世世界的研研究机构构和石油油公司不不断提出出新形式式的张力力腿平台台，并将将其投入入实际生生产领域域进行检检验，从从而形成成了多种种多样的的张力腿腿平台家家族。根根据张力力腿平台台结构形形式进化化的阶段段，大致致可将它它们分为为两

17、个大大类，即即第一代代张力腿腿平台和和第二代代张力腿腿平台。第一代张力力腿平台台是最早早出现的的张力腿腿平台，也也是当今今世界上上数量最最多的张张力腿平平台，目目前在役役和在建建的平台台共122座，占占世界张张力腿平平台总数数的一半半以上，而而且仍在在不断发发展壮大大。第一一代张力力腿平台台的总体体结构形形式已经经在前面面介绍过过了，在在此不再再赘述。为为了将它它与此后后发展起起来的其其他结构构形式的的张力腿腿平台相相区别，又又将其称称为传统统类型的的张力腿腿平台。自19844年以来来，传统统类型的的张力腿腿平台在在生产实实践中不不断发展展，其理理论研究究和工程程应用已已经趋于于成熟。20世纪

18、80年代 Hutton和 Jolliet平台的生产应用，为传统张力腿平台提供了丰富的数据积累和优良的工作记录。进入90年代以来，传统类型的张力腿平台继续飞速发展，SnorreTLP和HeidrunTLP分别于1992年和1995年相继建成，使北海的张力腿平台数量达到了3座；从1994年到2001年，Shell石油公司又在墨西哥湾连续制造了5座传统类型的张力腿平台，分别是AugerTLP、MarsTLP、RamPowellTLP、UrsaTLP和BrutusTLP； 1999年，BP也建成了该公司的第一座张力腿平台MalinTLP；2003年，Unocal公司在印度尼西亚的加里曼丹岛以东海域建成

19、了WestSenoTLP，从而首次将张力腿平台引入到亚洲海域。这些张力腿平台保持着张力腿平台工作性能的多项世界纪录，其中，HeidrunTLP的排水量达到290310t，是世界现役的张力腿平台中吨位最大的一座；SnorreTLP日产石油190000桶（1桶=158.9873dm3）、天然气3.2106m3，保持张力腿平台生产能力的世界纪录；而UrsaTLP的工作水深则突破了千米大关，至2004年仍保持着张力腿平台工作水深的世界纪录。属于第一代张力腿平台的有Hutton、Jolliet、Snorre A、Auger、Heidrun、Mars、Ram、Powell、Ursa、Marlin、Brut

20、us、WestSeno A和WestSeno B。第二代张力力腿平台台出现于于20世纪纪90年代代初期，它它是在第第一代张张力腿平平台的基基础上发发展起来来的。第第二代张张力腿平平台在继继承传统统类型张张力腿平平台优良良运动性性能和良良好经济济效益的的同时，对对结构形形式进行行了优化化改进，使使张力腿腿平台更更适合于于深海环环境，并并且降低低了建造造成本。世世界海洋洋工程界界发展第第二代张张力腿平平台的积积极性很很高，各各大公司司纷纷提提出了种种类繁多多的平台台设计方方案。总总的来说说，目前前投入生生产实践践的第二二代张力力腿平台台共分为为三大系系列，分分别是由由Atlaantiia公司司设计

21、的的SeaaStaar系列列张力腿腿平台、由由MODDEC公公司设计计的MOOSESS系列张张力腿平平台以及及由ABBB公司司设计的的延伸式式张力腿腿平台（简简称ETTLP）。关关于这些些第二代代张力腿腿平台的的结构形形式和特特点，将将在以后后的章节节中详细细介绍。属属于第二二代张力力腿平台台的有：SeaaStaar、TLPP、MOSSES TLPP、ETLLP、Morrpetth、Allleghhenyy、Typhooon、Mattterrhorrn、Priincee、MarrcoPPoloo、KizzombbaA、KizzombbaB和和Maggnollia。另外，除了了以上这这些已投投入

22、实际际生产应应用的张张力腿平平台以外外，在过过去的220年里里，全世世界的研研究者和和工程技技术人员员还提出出了不少少很有价价值的设设计方案案，并且且围绕这这些方案案进行了了广泛而而深入的的研究和和实验。虽虽然由于于种种原原因，这这些平台台设计方方案至今今仍未进进入生产产领域，但但是了解解它们，对对于开拓拓人们的的思路，更更好地进进行下一一步的研研究是大大有裨益益的。所所以，后后面的文文章里有有选择性性地介绍绍了两种种新型的的张力腿腿平台，以以期对读读者能起起到启迪迪作用。二、按照采采油树位位置不同同分类按照采油树树安装位位置的不不同，当当今世界界上的张张力腿平平台可以以划分为为湿树平平台和干

23、干树平台台两大类类。湿树平台（wettreesplatform）的采油树位于海底，平台上安装有独立的全套生产处理设施以支持一定数量的海底油井。海底油井通过柔性输油管和钢制悬链线立管（简称SCR）与平台上生产设施相连，平台上的全部生产活动都要通过这些管线来进行。其优点是采油树位于海底，减少了平台上体的负载，不需要建造体积庞大的平台主体，因而降低了平台的总体造价，由于不安装垂直的张紧式立管，因此不需要考虑平台吃水变化对生产立管的影响，从而简化了平台的设计。湿树平台非常适用于分布面广、出油点分散的油田。它以柔性输油管和SCR组成分布广泛的海底管线系统，再以湿树平台作为管汇中心，便可以控制较广的区域。

24、另外，湿树平台的生产储备能力具有很大的弹性，新增的设备和海底油井容易加装到现有的生产系统中，对油田的远期开发比较方便。已建成的有Hutton、Jolliet 、Snorre A、Auger、Heidrun、Mars、Ram/Powell、Ursa、Marlin、Brutus 、Prince、Kizomba A、 Matterhorn、WestSeno A、MarcoPolo、Magnolia、Kizomba B和WestSeno B。干树平台（drytreesplatform）的采油树则位于平台之上，由垂直生产立管直接连接到位于平台井口甲板的采油树上。张力腿平台优良的运动性能，使其在安装干树系

25、统方面具有很大的优势。因为平台与生产立管之间的相对运动量较小，因此可以采用结构简单、造价低廉的立管张紧装置。干树平台的生产活动主要通过顶张紧立管来进行。其优点是海底油井和表面干树直接通过生产立管垂直连接，可在平台上体安装钻塔，使张力腿平台自行实现钻井、完井功能，避免了远期油田开发中需要调用其他钻井设施而使平台生产中断的问题。另外，由于采油树位于平台之上，因此维修方便，易于管理，还省去了将海底采油树回接到平台上体的硬件费用。已建成的有Morpeth、Allegheny 和Typhoon。需要指出的的是，世世界上现现有的张张力腿平平台大多多是所处处海域的的中心平平台，有有的张力力腿平台台除了在在平

26、台上上体安装装有干树树系统，能能够自行行进行探探采和控控井工作作之外，同同时还通通过柔性性输油管管和SCCR与附附近油田田的海底底采油系系统或其其他卫星星平台相相连，作作为其石石油处理理和输出出的中心心。在此此情况下下，这些些张力腿腿平台自自身就结结合了干干树和湿湿树两种种系统。因因此，在在对各张张力腿平平台进行行分类时时所依据据的标准准是看该该平台是是否拥有有支持干干树系统统的能力力。三、按照功功能和应应用方式式分类目前张力腿腿平台的的功能和和应用方方式非常常灵活，如如果以此此为标准准进行分分类，可可将世界界上211座张力力腿平台台划分为为大载荷荷张力腿腿平台、迷迷你型张张力腿平平台、井井口

27、张力力腿平台台三大类类。大载荷张力力腿平台台（laargeedeccklooadTTLP）是是这三种种张力腿腿平台中中历史最最悠久的的一种类类型，它它是一种种体积巨巨大、造造价昂贵贵的张力力腿平台台形式，能能够支持持一套高高生产能能力的原原油处理理设施。目目前全世世界共有有9座大载载荷张力力腿平台台，其中中3座位于于北海油油田，66座位于于墨西哥哥湾。因因为张力力腿的预预张力很很好地限限制8了平台台的垂荡荡运动，因因此控井井设施可可以安装装在这种种平台的的上体，以以便于设设备的维维护和修修理工作作。在历历史上，这这种生产产系统之之所以得得到业界界的青睐睐，主要要原因就就在于它它能够安安装干树树

28、采油系系统。但但是，由由于其高高昂的造造价和对对极深水水环境的的不适应应性，人人们现在在已经逐逐渐失去去了对建建造大载载荷张力力腿平台台的兴趣趣。当工工作水深深超过112000m 时，张张力筋腱腱自重过过大是大大载荷张张力腿平平台最主主要的问问题。属属于大载载荷张力力腿平台台的是：Hutttonn、Snoorree A、Augger 、Heiidruun、Marrs、Ramm/Poowelll、Urssa、Marrlinn和Bruutuss。迷你型张力力腿平台台（Miini-TLPP）并不不是一种种简单缩缩小化的的传统类类型张力力腿平台台，它通通过对平平台上体体、立柱柱以及张张力腿系系统进行行

29、结构上上的改进进，从而而达到优优化各项项参数，以以更小吨吨位获得得更大有有效载荷荷的目标标。迷你你型张力力腿平台台相对于于同等规规模的传传统类型型张力腿腿平台，具具有体积积小、造造价低、灵灵活性好好、受环环境载荷荷小等优优点，非非常适合合于开发发中小油油田。而而且与大大载荷张张力腿平平台不同同，迷你你型张力力腿平台台能够在在极深水水环境中中稳定地地工作，这这也是它它之所以以能够逐逐渐取代代大载荷荷张力腿腿平台，占占据当今今张力腿腿平台建建造主流流的最重重要的原原因。属属于迷你你型张力力腿平台台的有：Morrpetth、Allleghhenyy、Typphooon、Priincee、Mattte

30、rrhorrn、Marrco Pollo和Maggnollia井口张力腿腿平台（Tension Leg Wellhead Platform，简称TLWP）是一种经济型的张力腿平台。与前两种张力腿平台不同，井口张力腿不能独立进行生产工作，在它的平台上体只安装有控井设施，而其他的石油生产和处理设施都安装在一艘位于平台附近的辅助生产设施上，如FPSO（浮式生产储油装置）等。TLP和FPSO之间通过管线相接，共同形成一套完整的海上油田开发系统。这种组合充分发挥了张力腿平台本体与生产立管系统之间相对运动量小、运动性能优良的优点，加之FPSO运动灵活、装载量大、造价相对较低的长处，因此由张力腿平台承担钻探

31、和井口操作的各项功能，而原油处理、储藏和运输等工作由FPSO完成。这一系统经过实践检验，已被证明是一种有效且经济的海上油气开发方式，十分适合在没有或是缺少海底管线系统和永久性基地，且需要进行钻探、完井和油井维护工作的油田区域使用。属于井口张力腿平台的有：Jolliet、Kizomba A、West Seno A、Kizomba B和West Seno B。张力腿平台台的工作作原理及及性能张力腿平台台设计最最主要的的思想是是使平台台半顺应应半刚性性。它通通过自身身的结构构形式，产产生远大大于结构构自重的的浮力，浮浮力除了了抵消自自重之外外，剩余余部分就就称为剩剩余浮力力，这部部分剩余余浮力与与预

32、张力力平衡。预预张力作作用在张张力腿平平台的垂垂直张力力腿系统统上，使使张力腿腿时刻处处于受张张拉的绷绷紧状态态。较大大的张力力腿预张张力使平平台平面面外的运运动（横横摇、纵纵摇和垂垂荡）较较小，近近似于刚刚性。张张力腿将将平台和和海底固固接在一一起，为为生产提提供一个个相对平平稳安全全的工作作环境。另另一方面面，张力力腿平台台本体主主要是直直立浮筒筒结构，一一般浮筒筒所受波波浪力的的水平方方向分力力较垂直直方向分分力大，因因而通过过张力腿腿在平面面内的柔柔性，实实现平台台平面内内的运动动（纵荡荡、横荡荡和首摇摇），即即为顺应应式。这这样，较较大的环环境载荷荷能够通通过惯性性力来平平衡，而而不

33、需要要通过结结构内力力来平衡衡。张力力腿平台台这样的的结构形形式使得得结构具具有良好好的运动动性能。张力腿平台台的张力力腿系统统在初始始位置是是直立的的，平台台的纵荡荡运动将将不引起起纵摇，但但一般会会和平台台的垂向向运动相相耦合，即即纵荡引引起垂荡荡。在运运动过程程中没有有一个张张力腿松松弛，它它们始终终保持等等长度平平行状态态。如果果有任意意一个张张力腿未未校准，则则会破坏坏这种理理想的平平衡性质质。因此此在张力力腿平台台的设计计中，张张腿锚固固位置容容许的偏偏差量很很重要。同同时，设设想使用用非平行行的张力力腿，这这样的张张力腿虽虽然亦可可将平台台固定于于某一空空间位置置，但不不平行的的

34、张力腿腿必然会会在空间间相交于于一点，这这一点将将是平台台横荡引引起首摇摇的旋转转中心。张力腿平台台在张力力腿系泊泊系统张张力变化化和平台台本体浮浮力变化化控制下下，平台台平面内内的运动动固有频频率低于于波浪频频率，而而平面外外的运动动固有频频率高于于波浪频频率。一一座典型型的张力力腿平台台，其垂垂荡运动动的固有有周期为为24s，而而纵横荡荡运动的的固有周周期为11002000s；横横摇、纵纵摇运动动固有周周期均低低于4ss，而首首摇的运运动固有有周期则则高于440s。整整个结构构的频率率跨越在在海浪的的一阶频频率谱两两端，从从而避免免了结构构和海浪浪能量集集中的频频率发生生共振，使使平台结结

35、构受力力合理，动动力性能能良好。迄迄今为止止，张力力腿平台台有着良良好的安安全记录录，这与与结构设设计上的的成功是是密不可可分的。张力腿平台台的历史史、现状状和明天天一、产生的的背景随着全球人人口的增增加与当当今科学学技术的的发展，人人类生存存空间逐逐步向海海洋与空空中拓展展。海洋洋蕴藏着着丰富的的可供人人类从事事生产、生生活的资资源，包包括石油油资源、动动力资源源、矿产产资源、化化工资源源、生物物资源等等，海洋洋是人类类开发的的主要领领域。目目前，全全球对海海洋的开开发利用用已经进进入日趋趋完善和和成熟的的阶段。根根据统计计，211世纪将将是一个个海洋开开发利用用空前迅迅猛发展展的时期期，这

36、种种开发也也将是全全方位的的，从现现在人类类需求来来看，海海洋开发发利用主主要集中中在以下下几方面面：海底石油油资源的的开发利利用；海底矿物物资源的的开发利利用；海水及其其所含物物质资源源的开发发利用；海洋作为为交通、通通信通道道的利用用；海洋能源源（包括括波能、潮潮汐能、温温差能等等）的开开发利用用；海洋空间间的开发发利用。无论以什么么形式对对海洋开开发利用用，都必必须以海海洋工程程设施为为桥梁。近近20年来来，随着着全球对对能源需需求量的的不断增增加，各各国对海海洋油气气的勘探探和生产产更加重重视，从从而涌现现出大量量新型的的开采设设备及其其科学的的结构形形式和先先进的检检测维修修方法。世

37、界上第一一座近海海石油平平台于119477年建在在墨西哥哥Couuisssanaa海域，平平台高出出水平面面6米。从此此以后，各各类海上上建筑物物陆续出出现。海海洋工程程设施因因开发的的内容不不同其形形式也有有很大的的不同，而而对应每每一项开开发因完完成的功功能不同同其所用用的工程程设施也也有很多多不同的的形式。仅仅就石油油开发而而言，就就拥有百百余种海海上工程程设施。目目前世界界海洋石石油平台台约有220000座。海海洋石油油平台按按所用建建筑材料料可分为为钢结构构石油平平台、混混凝土石石油平台台和钢结结构混凝凝土混合合平台，其其中大多多数海洋洋石油平平台是钢钢结构形形式。钢钢结构石石油平台

38、台由钢套套管作为为油气生生产过程程中的主主要支撑撑结构。按按平台结结构形式式又大致致分为钢钢套管平平台、重重力式平平台、顺顺应式平平台。海海洋工程程中选择择什么样样的平台台结构形形式主要要考虑平平台所处处的海洋洋环境，包包括风、流流、浪等等载荷，水水深，海海底地质质条件以以及平台台的安装装和组建建方法等等。随着海洋开开发愈来来愈向深深海推进进，油气气资源的的开发也也不断进进军深海海。一般般深海海海域中自自然环境境十分恶恶劣，环环境载荷荷比较复复杂，对对海洋工工程设施施的理论论分析、设计计安装等等的要求求就更加加严格和和精确。21世纪初，海上油气开发可望达到水深为2500m以上的所谓极深水海域。

39、据2000年的统计，在当时世界上近2000座海洋石油平台中，只有65座可以在750m 以上深水区作业的半潜式平台和钻井船，其中仅25座能有效地工作在1000m以上的深水区。可以说，随着深海开发形势的发展，适应深海作业的海洋工程建筑面临着非常严峻的挑战。由于深水作作业的不不断增加加，各种种传统的的移动式式平台（如如半潜式式平台和和钻井船船等），其其运动性性能和定定位难以以满足深深水作业业的要求求，而各各类固定定式平台台（如重重力式平平台和导导管架平平台等），因因自重和和工程造造价随水水深变化化而大幅幅度地增增加，也也已不能能适应深深海环境境，所以以必须发发展新型型的平台台。从220世纪纪50年代

40、代以来，一一些国家家不断进进行这方方面的研研究探索索，并设设计出顺顺应式平平台（ccomppliaant plaatfoorm）。在在近200年，顺顺应式平平台已得得到广泛泛的发展展和应用用。其显显著特点点是具有有特殊的的结构形形式，从从而使工工程造价价较低，结结构安全全性良好好。张力力腿平台台（teensiion legg pllatfformm，简称称为TLLP）就就是顺应应式平台台结构的的典型。二、诞生与与发展1954年年，美国国的R.O.MMarssh率先先提出了了采用倾倾斜系泊泊索群固固定的海海洋平台台方案，被被公认为为张力腿腿平台的的鼻祖，之之后300年是张张力腿平平台的理理论研究

41、究探索和和工程酝酝酿阶段段，各国国学者对对张力腿腿平台进进行了艰艰难而又又富有成成效的研研究，并并有一批批实验平平台相继继建成。1962年年，英国国石油开开发公司司在苏格格兰附近近海域330m 水深处处建造了了一个1124tt的三角角形张力力腿平台台试验平平台“Triitonn”，并进进行了全全面理论论分析和和实验研研究。结结果表明明，该类类型平台台在波浪浪中运动动性能优优异，大大大推进进了张力力腿平台台相关研研究和发发展。1974年年，美国国深海石石油技术术公司在在加利福福尼亚附附近海域域60mm水深处处安装了了一座6650tt的张力力腿试验验平台“DeeepOiilX-1”，并进进行了长长

42、达5年的试试验研究究和理论论分析对对比，在在波浪中中运动性性能、张张力腿内内张力变变化规律律和海底底锚固基基础等方方面得出出了大量量有益结结论和数数据。同同一时期期，日本本、挪威威、荷兰兰、意大大利等国国的相关关海洋工工程科研研机构也也投入了了大量人人力、物物力进行行理论和和实验研研究，提提出了种种类繁多多的张力力腿平台台方案。其其后，在在张力腿腿平台总总体性能能、主尺尺度优化化、张力力腿内张张力变化化特性和和施工安安装等各各个具体体环节进进行了全全面深入入的研究究分析。我我国相关关科研机机构亦密密切注视视张力腿腿平台技技术的发发展。220世纪纪 800年代，中中国船舶舶研究中中心进行行了将近

43、近10年的的张力腿腿平台模模型实验验研究，为为发展我我国的张张力腿平平台技术术做出了了开拓性性工作。1984年年，Coonocco公司司在北海海1577m深的的Hutttonn油田安安装了世世界上第第一座张张力腿平平台，这这标志着着张力腿腿平台技技术的完完全成熟熟与工程程技术化化，并正正式应用用于实际际生产领领域。此此后，在在逐步深深入的理理论实验验研究基基础上，1989年建成了Jolliet平台，1992年建成了Snorre平台，1994年建成了Auger平台，1995年安装了世界上第一座混凝土张力腿平台，1998年建成了第一座Sea Stars TLP，1999年的Ursa TLP将水深记

44、录改写为1158m，2001年建成了第一座MOSES TLP， 2003年又安装了第一座 ETLP。张力腿平台的家族在短短的20年内飞速发展，将人类开发海洋的脚步不断向前推进。目前世界上在役和在建的张力腿平台共有21座，平台的生产区域从北海和墨西哥湾到西非沿海，再到东南亚海域，已逐步扩展到全球各大海上石油产区，形成了人类深海采油领域不容小视的力量。三、理论前前沿通过对已建建的张力力腿平台台的设计计研究、投投入生产产以及后后期的实实验监测测，全世世界的研研究者们们已经掌掌握了大大量有关关张力腿腿平台的的工作性性能和技技术核心心的资料料，特别别是围绕绕Hutttonn张力腿腿平台的的设计、安安装、

45、投投产等方方面的研研究更是是取得了了突破性性的进展展。如KK.P. Caavenny提出出了张力力腿平台台设计中中关于重重量与浮浮力关系系的一个个基本公公式，即即：自重重+套管张张力+张力腿腿预张力力=浮力。NNormman Elllis等等对Huuttoon TTLP的的甲板以以及平台台本体进进行了较较为详细细的结构构设计，并并利用有有限元方方法进行行了整体体的静力力、动力力分析和和局部结结构（包包括立柱柱、浮箱箱以及连连接节点点）的研研究。另另外，对对甲板与与柱体以以及立柱柱与浮箱箱（采用用矩形截截面）之之间的安安装匹配配也进行行了研究究。Jeeff Tettloww等对其其锚链系系统以及

46、及张力腿腿的部件件进行了了详细的的分析研研究。JJohnn Alllenn Meerciier等等研究了了张力腿腿平台受受风、浪浪、流作作用下的的响应，并并与实验验进行了了比较，指指出张力力腿平台台的二阶阶响应不不容忽视视。Skkil becck，G.HH. WWiltton，B.CC. RRichharddsonn等对张张力腿平平台立柱柱与系索索、系索索与基础础以及甲甲板与立立柱之间间的连接接进行了了理论和和实验的的研究；Tann S.Giee利用线线性的三三维流势势理论分分析了TTLP在在不规则则海域内内的动力力响应；E.RRichhardd Jeeffeery指指出如果果忽略系系索的动动

47、力效应应，虽然然对正确确估计平平台的波波浪诱导导运动不不会产生生大的影影响，但但是会导导致系索索的动应应力计算算错误；W.CC.deeBooom计算算了规则则波作用用下系泊泊力的二二阶的谐谐和分量量，并进进行了不不规则波波中张力力腿平台台的低频频运动与与系泊力力联合作作用下的的时域分分析；CC.Peetraauskkas通通过理论论计算和和实验验验证，指指出了SSpriingiing力力的存在在，Spprinnginng力即即周期为为波浪周周期一半半的二阶阶力，并并且由于于水动力力阻尼很很小，其其作用不不容忽视视，等等等。另外，在工工程设计计方面，H.Bradshaw研究设计了HuttonTL

48、P的基础，包括底盘、桩的设计、结构分析、桩与底盘的连接以及建造安装等。T.E.McDonell提出了甲板的优化，包括甲板的设计、陆地建造以及安装等问题。M.M. Salama，H.J.Hart，H.Bradshaw，G.J.White研究了HuttonTLP具体建造安装，包括地点的选择，井口底盘、基础，张力腿的安装，临时锚链系统各部分的匹配等问题。这些研究成果具有重要的学术和工程价值，是后续研究的基础。综上所述，关关于张力力腿平台台的研究究内容一一般集中中于以下下几个方方面：结构优化化设计；结构动力力分析；结构的施施工与安安装方法法；整体平台台的系统统管理（包包括结构构的现场场监测）。其中，平台台结构的的动力分分析研究究是整个个张力腿腿平台设设计的核核心部分分，它决决定了最最终结构构的设计计方案，以以及结构构的构造造和施工工、安装装的方法法。有关关张力腿腿平台动动力分析析研究的的历史，将将在以后后的文章章中讲述述。长期的生产产实践证证明，张张力腿平平台在深深海作业业中具有有运动性性能好、抗抗恶劣环环境作用用能力强强、造价价相对于于固定式式平台较较低等优优点。因因此张力力腿平台台作为优优秀的深深海平台台，自其其诞生之之日起