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立柱式平台

/spar platform/
条目作者刘利琴

刘利琴

最后更新 2024-12-03
浏览 129
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立柱式平台概念最早用于海洋开发工作中的辅助系统而不是直接生产系统,如承担储油和装卸浮标、信号中继站和海洋科研站等任务。

英文名称
spar platform
所属学科
海洋学

到20世纪80年代以后,立柱式平台被广泛应用于深海石油开发工程,具备了钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种功能。

立柱式平台已经发展了三代,包括经典立柱式平台(classic spar)、桁架立柱式平台(truss spar)和多柱立柱式平台(cell spar)。

1996年,Kerr McGee公司建成世界上第一座经典立柱式平台,平台主体由一个单柱圆筒组成,90%的主体结构浸没于水中。2001年,第一次将桁架立柱式平台的概念应用于Nansen Truss Spar,其特征为用桁架结构取代经典立柱式平台主体的封闭式圆柱结构,在桁架结构分段之间的一系列水平板即垂荡板,可以增加平台运动的附连水质量和水动力阻尼,减小平台的垂荡运动。另一方面,立管从垂荡板的开孔穿过,垂荡板为立管的导向框架,减小了立管的跨度,显著降低了立管的弯曲变形。典型的多柱立柱式平台由6个小圆柱围绕一个中心圆柱组成,主要优点是降低了建造大尺度柱体的难度,建造和安装费用亦可相应减少。2004年7月,第一座多柱立柱式平台Red Hawk Cell Spar开始运营。根据相关数据统计,截至2016年4月,全球共有18座立柱式平台,其中17座在美国墨西哥湾运营,1座Kikeh安装在马来西亚海域。

立柱式平台从结构上分为三部分,即平台主体(hull)、平台上部结构或上部模块(topside)和系泊/立管系统(包括锚固基础)。平台主体由硬舱(upper hull-hard tank)、中段(mid-section)和软舱或者叫龙骨舱(lower hull-soft tank or keel tank)构成,其中硬舱主要提供平台浮力,支撑整个平台的重量;软舱主要用于压载,调整平台整体的重心。

与其他深海平台比较,立柱式平台的重心远低于浮心,具有良好的稳性;吃水较深,对立管形成良好的保护;运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用。

在墨西哥湾作业的Horn Mountain立柱式平台,2002年8月由BP石油公司安装在墨西哥湾,该平台主体直径32.3米,主体高度169.1米,作业水深1653米,主体重量13272吨,主体下安装了桁架结构和垂荡板,可以有效减小平台的垂荡运动。红鹰号多柱立柱式平台2004年建成安装,该平台主体直径19.5米,高度170.7米,主体重量6532吨,作业水深1615米。

在立柱式平台的系泊系统中,海底的锚固方式主要有打桩、吸力锚、大抓力锚三种。采用较多的锚固方式是打桩和吸力锚。系泊线材料有全部为锚链、锚链-钢缆-锚链混合系泊线、锚链-尼龙缆-锚链混合系泊三种。采用尼龙缆系泊可以减小平台系统的重量,提供的浮力可以减小,从而可以降低浮力结构的尺度,节省钢材。2004年,建成第一个尼龙缆取代传统钢缆系泊的Mad Dog立柱式平台,作业水深4420英尺(1347米),采用11条系泊缆定位。该平台的尼龙缆绳由英国的Marlow Ropes公司负责制造,总长度约为84000英尺(25609米),临界断裂应力达到了4260千磅(1932吨)。

  • AGARWAL A K , JAIN A K.Dynamic behavior of offshore Spar platforms under regular sea waves.Ocean engineering,2003,30(4):487-516.

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