张力腿平台顶张紧式立管强度分析
2 算例分析 2.1 基本设计参数
本文以中国南海某油田环境条件作为设计基础， 油田范围平均水深为 340m，波浪及海流数据见表 1、 表 2。由于目标油田海域内孤立波频繁发生，在立管 设计过程中应该充分考虑[15,16]，内孤立波数据见表 3 所示，表 4 为 TLP 平台不同条件及海况下的平衡位置。
MCasing、MTubing 为套筒和油管的弯矩；TCasing、TTubing 为 套筒和油管的有效张力；ICasing、ITubing 为套筒和油管的 惯性矩；ACasing、ATubing 套筒和油管的截面积。
根据 API RP-2RD [14]，套筒和油管的组合应力可
以用式（3）进行校核。
σ e2
=
⎡T
⎢ ⎣
A
+
M
( DO
2I
− t ) ⎤2
⎥ ⎦
+
⎡(
3× ⎢ ⎢⎣
pi
−
po ) DO 4t ( DO
( DO −t)
−
2t ) ⎤2
⎥ ⎥⎦
≤
⎡2 ⎢⎣ 3
cfσ y
⎤2 ⎥⎦
（3）
式中，M、T 分别为弯矩及有效张力；I 为惯性矩；
A 截面积；DO 为外径；t 为壁厚；pi 为内压；po 为外 压；σy 为材料屈服强度；cf 为设计工况因子。
表 1 波浪主极值
要素
重现期/年
1
10 100 1000
Hs/m 7.2 10.5 13.5 15.8
波浪
Tz/s
8.6 10.0 11.3 12.2
Tp/s 11.7 13.5 15.2 16.5
表 2 流主极值
要素
重现期/年
1
10 100
表面 119.3 163.3 207.9
海流/cm·s-1 中部 101.3 140.7 175.2
顶张紧式立管（Top Tensioned Riser, TTR）是 TLP 的关键部分，它连接水下井口与平台，十分重要。TTR 通常是由一系列的钢管在顶部通过张紧设施与浮式装 置（通常是 TLP 及 SPAR）连接，底部与固定于井口 上的应力节点（Stress Joint）等连接的立管结构型式[1]。 TLP 平台典型的 TTR 系统主要由表面采油树、柔性跨
cf
套筒 UC 值
1.2
0.45
油管 UC 值 —
P-N
操作工况
正常操作
10 年一遇
1.0
0.49
国内还处于起步阶段，对 TTR 的研究还比较少。 “典型深水平台概念设计研究”课题组对典型深水顶 部张紧立管的设计方法进行了总述[8]，孙传栋[9]、 ZHANG Qi[10]、GUO Hai-yan[11]等人对 TTR 动力响应 进行了一定的研究，黄维平[12]等人对 TTR 疲劳分析进 行了研究。但国内外相应研究很少有针对中国南海特
海洋工程
表 4 TLP 平台在不同条件及海况下平均位置
出 TTR 初步设计参数如表 5 所示。
位移 船体状态，海况重现期
纵荡/m 横荡/m 垂荡/m
表 5 TTR 初步设计参数 功能 类型 名义直径/mm 壁厚/mm 材料
完整，1000 年 完整，100 年
38.40 29.50
-0.15 -0.12
Abstract: Tension Leg Platform (TLP) has been widely used in deepwater oil field development in recent years. Top Tensioned Riser (TTR) is one of the most important parts for TLP design, which connects subsea well and surface tree. TTR strength analysis method is discussed in this paper. An oil field in South China Sea with water depth 340m (1116ft) is taken as the design basis, TLP TTR global strength was analyzed by considering the influence of soliton for different load cases. The analyses carried out indicate that TTR have resultant stresses well below the allowable. This paper may have a certain reference value for future TTR research and design. Key words: tension leg platform (TLP); top tensioned riser (TTR); internal soliton wave; overall strength
TTR[13]，本文将采用等效模型将 TTR 简化为单层管结
构。为了使等效管所受外力以及弯曲、拉伸特性不发
生变化，等效管的外径与套筒的外径相同，等效管的
截面积是套筒和油管截面积之和，等效截面惯性矩是
套筒和油管惯性矩之和，等效管的重量是套筒和油管
重量之和。
采用 Orcaflex 对 TTR 进行建模分析时，等效立管
400 图2
0 0 100 200 300 400 长度/m
(b) 极端工况-P-E2
主要设计工况 TTR 套筒和油管的应力
0 0 100 200 300 400 长度/m
(c) 自存工况-P-S4
表 6 生产 TTR 油管及套筒 UC 值
工况
分类
P-T
水压试验
平台/立管状态 充水
海况条件 1 年一遇
在不同工况条件下的强度进行分析，TLP 的一阶运动
通过其响应幅值算子（Response Amplitude Operators,
RAOs）来进行描述。
1.2 等效模型
TTR 由套筒（Casing）以及油管（Tubing）组成，
立管套筒及油管之间的相互影响忽略不计。由于
OrcaFlex 采用单层管的数学模型来模拟多层管的
接管、张紧器、标准立管节点、立管连接器、应力节 点、水下回接连接器以及水下井口等主要构件组成， 示意图参见图 1 所示。
国外 TLP 以及 TTR 相关设计技术较为成熟，研 究也比较多。R.Jordan[2]、F.Botros[3]、T.Smith[4]等对国 外 TLP、Spar TTR 设计进行了介绍；S.G.Shu[5]开展了 双套筒 TTR 在超深水的可行性研究；Shaddy Y[6]、 David L[7]提出新型顶张紧立管型式以适应不同浮体 或者满足不同功能要求。
关键词：张力腿平台；顶张紧式立管；内孤立波；总体强度 中图分类号：P751 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 05-0114-04
DOI:10.13788/ki.cbgc.2014.0230
Strength Analysis of Top Tensioned Riser
主甲板
采油树 生产甲板
跨接
标准立管节点
软管
P & B 连接器
张紧器 张力节点
(TENSION JOINT)
标准立管 节点
套筒 油管
锥形应力节点 外部回接连接器 高压进口头
环空注氮
图 1 TLP 平台 TTR 示意图
1 分析方法
1.1 分析工具
本文主要采用商用 Orcaflex 软件对 TLP 平台 TTR
M Casing
=
ICasing ICasing + ITubing
M
M Tubing
=
ITubing ICasing + Itubing
M
（1）
TCasing
=
ACa sin g ACasing + ATubing
T
TTubing
=
ATubing ACasing + ATubing
T
（2）
式中，M、T 分别为等效管的弯矩及有效张力；
主要设计工况下套筒和油管的最大UC值见表6所 示，各设计工况下的UC值均小于1，满足规范要求。
250
350
600
等效应力/MPa 等效应力/MPa 等效应力/MPa
200
300
500
150
250
400
200
100
300
150
50
100
200
0
50
100
-50 0 100 200 300 长度/m
(a) 操作工况-P-N
时考虑了水压试验工况、操作工况、极端以及自存工
本文中生产 TTR 采用单套筒结构（Single casing TTR），操作压力为 7.0MPa，关断压力（极端压力） 为 12.5MPa，设计温度为 63℃，经过初步壁厚设计得
况。图 2 列出了几个主要设计工况 TTR 套筒的应力图 (篇幅所限，没有全部列出)。
SHI Yun1, CAO Jing1, SHA Yong1, ZHOU Xiao-dong1, ZHOU Lei2
(1. CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China; 2. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China)
收稿日期：2014-03-18；修回日期：2014-05-14 基金项目：国家科技重大专项课题“深水海底管道和立管工程技术”（2011ZX05026-005） 作者简介：石云（1984-），男，工程师，工学硕士。主要从海底管道、立管设计及研究。
新型分离式张力腿平台概念设计
3 概念设计流程
新型平台概念设计时，需要遵循以下步骤： 1） 平台的功能确定： 包括人员数量、平台功能 （ 钻完井、供电、油气处理、储备等） 、所需设备及其
8期
闫功伟，等： 新型分离式张力腿平台概念设计
1727
图 2 SSME 平台各模块
的大小和有关垂荡的要求确定可变浮箱的尺寸和 位置；
6） 中央立柱尺寸及位置确定： 需要确定中央立 柱的内外直径，高度，顶部和底部盖板的大小；
闫功伟1 欧进萍1，2
（ 哈尔滨工业大学土木工程学院1 ，哈尔滨 150090； 大连理工大学建设工程学部2 ，大连 116024）
摘 要 通过对张力腿平台型式、特点及发展历程的分析，提出张力腿平台型式创新及性能优化应遵循主体集中布置、延伸
式系泊、最小水线面等趋势； 进而提出了新型的张力腿平台概念。该新型平台主体在垂向自平衡与系泊系统分离，且具有最
（ 3） MOSES TLP 最小化 深 海 水 面 设 备 结 构，Minimum Offshore
8期
闫功伟，等： 新型分离式张力腿平台概念设计
1725
图 1 不同型式张力腿平台示意图
Surface Equipment Structure，简称 MOSES，概念由海 洋工程协会（ SEA Engineering Associates） 主席 Pieter Wybro 博士最早提出，它继承了传统张力腿平台的 主要优点，如 小 垂 荡 运 动 等，同 时 提 高 了 平 台 的 承 载效率，降 低 了 平 台 的 建 造 安 装 难 度 及 成 本，并 一 定程度上改良了平台的运动性能。
实现自平衡后，平台主体底部可以增设垂荡板或 者其他 系 泊 系 统 来 控 制 平 台 可 能 增 大 的 垂 荡 运 动 响应。 2. 4 延伸式系泊的概念
张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估
张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估王世圣;谢彬【摘要】张力腿用于系泊TLP平台,为TLP系统的重要组成部分。
设计要求必须进行安装和在位分析,以保证平台的安全性。
张力腿在安装下主要承受波浪和流载荷作用,而在位状态还要受到平台偏移的影响。
为准确计算张力腿内力,建立了张力腿安装和在位状态下的有限元模型,采用时域分析的方法进行分析。
根据张力腿的实际结构,考虑了多种载荷,包括风、流、波浪、静水力和重力的影响。
对张力腿内力进行了数值计算。
计算结果给出了张力腿在不同状态下的最大内力,并依据规范对张力腿的总体强度进行评估。
【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2018(005)005【总页数】6页(P327-332)【关键词】平台;张力腿;外载荷;内力分析;强度评估【作者】王世圣;谢彬【作者单位】[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;【正文语种】中文【中图分类】U656.60 引言TLP是一种典型深水浮式平台，因采用一组张紧钢管系泊，所以又称为张力腿平台。
无论在安装还是在位状态下，张力腿必须始终保持受拉状态，张力腿预张力在安装时依靠浮筒产生浮力张紧，在位状态下由平台浮体的剩余浮力提供。
张力腿在安装和在位状态下，由于风、浪、流环境载荷的作用，将产生大幅度的偏移，作用在张力腿上的张力随平台偏移而增大，同时产生截面弯矩。
在TLP系统中张力腿是平台的重要组成部分，设计要求其必须满足规范要求，以保证平台在安装和在位状态下的安全性。
以南海油气田为目标完成了TLP设计。
为验证TLP张力腿的设计是否满足要求，本文采用有限元法，分析了安装和在位状态下的偏移和所承受的张力和弯矩，对影响张力腿张力的因素进行了讨论，最终依据规范API RP 2T[1]对张力腿的强度进行了评估。
1 张力腿的安装分析TLP系统主要由浮体、张力腿和立管构成。
TLP的安装过程分为两个阶段，首先是张力腿预安装，通过安装船按设计长度将张力腿安装在海底地基上，张力腿底部依靠专用连接接头与基座连接，张力腿自由站立状态靠顶部安装浮力筒提供预张力，为防止张力腿相互干涉，一般用钢缆连在一起。
顶部张紧力立管的初步设计方案
顶部张紧力立管的初步设计摘要立管 (Riser)系统是指连接海底井口与浮式平台之间的导管，主要用途是生产、采油、注水和修井、完井等。
本文主要在对顶部张紧力立管存基本结构介绍的基础上，对其存在的力学问题进行了阐述。
在此基础上，以顶部张紧力立管的概念设计为基础，主要阐述了顶部张紧力立管的顶部张力的确定和立管的振动问题。
可以为以后的详细设计提供支持和保障，进而为设计与制造打下的基础。
引言深水油气立管系统是油气开发系统中最薄弱的构件之一。
立管具有多种结构，如顶部张紧力立管（TTR），自由悬链线立管（SCR）等。
深水顶部张紧力立管有干式和湿式两种生产形式。
主要种类有钻井立管，生产立管，注水管和及输入输出管。
虽然立管的用途不同，但立管的组成结构基本相同。
由于TLP和Spar平台的垂荡运动较小，因此TTR立管多用在TLP和Spar 平台中。
世界上最早的顶部张紧力立管在1984年服役于英国北海浮式产油系统中的张力腿平台，到目前为止世界上已有29给平台使用顶部张紧力立管，其中17个应用于TLP平台，12个应用于Spars平台。
在深水中，立管不仅要适用于深海石油开发所采用的浮体装置，而且要保证水深达到几千米的复杂海洋环境下具有一定的可靠性，并且立管所受的荷载相当复杂且很难确定，会对立管造成破坏。
这不仅使工程本身蒙受损失，而且可能造成严重的次生灾害，造成石油泄漏，污染环境。
因此，开展深水立管系统的研究和设计对于深水油田的安全高效开发具有重要经济意义。
正文1.立管的基本结构深水立管是通过各段立管节的连接起来的。
为了改变立管的力学性能，其中一些节要经过特殊的设计。
一般TTR立管节一根长大约50-70尺。
TTR主体结构由中级别的高强度钢建造。
由于钛的力学性能，机械性能优越，在一些关键部位使用钛建造。
TTR主要由张力系统、标准立管节、张力节、伸缩节(telescopic joint)、keel节、锥形节/应力节（TSJ）、tie-back连接等组成。
计及平台运动响应谱的顶部张紧立管稳定性曲线研究.
ＳＵＮ Ｌｉｐｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｗｅｉ， ＤＡＩ Ｓｈａｏｓｈｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒ ｕｎｄｅｒ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ａｃｔｉｏｎ， ｗｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｕｒｖｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ＇ｓ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ． Ｆｉｒｓｔ， ｗｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｌｅｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ， ｗｅ ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｌｅｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｎ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ｓｅｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｔｈｅｎ ｉｎｐｕｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒｓ＇ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｇａｌｅｒｋｉｎ ｍｅｔｈｏｄ， ｗｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ Ｍａｔｈｉｅｕ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｆｉ⁃ ｎａｌｌｙ， ｗｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｕｒｖｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒ ｂｙ ｄｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｔｈｅ ｒｅ⁃ ｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ＇ｓ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｓ ｖｉｔａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ； ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎ ｒｉｓｅｒ； Ｍａｔｈｉｅｕ ｅｑｕａｔｉｏｎ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｕｒｖｅ ㊀ ㊀ 随着浅水处的油气逐渐被耗尽， 对深水域的开 发变得特别的重要㊂ 立管起着连接平台和海底井口 的作用㊂ 立管作为连接海面与海底的一种通道， 是 现代海洋工程结构系统中的重要组成部分， 同时也 是薄弱易损的构件之一㊂ 立管有很多的技术难题， 尤其像超水深立管， 它们主要应用在恶劣的海况条 件下 ［１］ ㊂ 超深水立管有很复杂的动力特征㊂ 当参 数激励共振发生时， 立管会由于过大压力或发生明 显疲劳时，导致石油汽溢出并引发环境的污染和巨
API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究
API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究周灿丰;帅潇;焦向东;段梦兰【摘要】Top tensioned risers are widely used in deepwater platforms,and are easily to be damaged for complex marine environmental loads,so dynamic responses of which should be researched carefully.A model was established using ABAQUS to describe top tensioned risers of tension leg platforms located in China south sea,and water depth of the model was set as 1 500 m. Marine engineering model AQUA was applied to add wave and current effects on riser,and to output stress time curves at different positions along the riser.Results of calculation demonstrate that becauseof strong wave and current effect,the location with the largest fatigue damage rate of the riser is 4 m below sea level.%顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中，所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤，因此动力响应研究非常重要。
在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型，水深设为1500 m、海域为南中国海。
不同类型张力腿平台的主要结构特征与技术特点_吴家鸣
图 1 Hutton TLP 整体概貌简图
平台上体、立柱及下体在内的平台本体结构可以在 岸上一体化建造、然后整体海上就位安装, 为降低海 上安装和维护费用创造了条件。(4)由于张力腿长度 与水深呈线性关系, 随着水深的增加, 张力腿自重 过大、张力腿的购置费用增加。水深超过 1 000 m 后, 其经济性不佳。(5)由于张力腿的预张力通常较大, 整个张力腿平台系统刚度较强, 对高频波浪力扰动 响应比较敏感。(6)平台本体结构巨大, 造价比第二 代张力腿平台要高得多。
3 第二代张力腿平台的主要结构特 征与技术特点
第二代张力腿平台出现于 20 世纪 90 年代初期, 它在继承第一代张力腿平台优良运动性能和良好经 济效益等优点的同时, 对结构形式进行了优化改进, 使之具有体积小、灵活性好、受环境载荷小、在深 水环境中能稳定地工作等优点。从而更适合于深海 作业条件、恶劣海洋环境和深海的中小油田开发, 并 因此而降低了油田开发和平台的建造成本。目前投 入生产实践的第二代张力腿平台共分为三大系列, 分别是 SeaStar TLP、MOSES TLP 以及 ETLP(Ext-
Marine Sciences / Vol. 38, No. 4 / 2014
103
心, 使立柱在自由表面的波能聚集区中受力面积很 小; 同时, 集中布置的四条立柱存在一定的遮蔽效 应, 一定程度上也减小了平台所受的环境载荷作用。 这些措施减少了立柱所受到的波浪载荷以及由此所 引起的平台在波浪场中的动力响应。
不同类型张力腿平台的主要结构特征与技术特点
Primary structural features and technical characteristics of different types of tension leg platforms
顶部张紧力立管的初步设计1
顶部张紧力立管的初步设计摘要立管 (Riser)系统是指连接海底井口与浮式平台之间的导管，主要用途是生产、采油、注水和修井、完井等。
本文主要在对顶部张紧力立管存基本结构介绍的基础上，对其存在的力学问题进行了阐述。
在此基础上，以顶部张紧力立管的概念设计为基础，主要阐述了顶部张紧力立管的顶部张力的确定和立管的振动问题。
可以为以后的详细设计提供支持和保障，进而为设计与制造打下的基础。
引言深水油气立管系统是油气开发系统中最薄弱的构件之一。
立管具有多种结构，如顶部张紧力立管（TTR），自由悬链线立管（SCR）等。
深水顶部张紧力立管有干式和湿式两种生产形式。
主要种类有钻井立管，生产立管，注水管和及输入输出管。
虽然立管的用途不同，但立管的组成结构基本相同。
由于TLP和Spar平台的垂荡运动较小，因此TTR立管多用在TLP和Spar 平台中。
世界上最早的顶部张紧力立管在1984年服役于英国北海浮式产油系统中的张力腿平台，到目前为止世界上已有29给平台使用顶部张紧力立管，其中17个应用于TLP平台，12个应用于Spars平台。
在深水中，立管不仅要适用于深海石油开发所采用的浮体装置，而且要保证水深达到几千米的复杂海洋环境下具有一定的可靠性，并且立管所受的荷载相当复杂且很难确定，会对立管造成破坏。
这不仅使工程本身蒙受损失，而且可能造成严重的次生灾害，造成石油泄漏，污染环境。
因此，开展深水立管系统的研究和设计对于深水油田的安全高效开发具有重要经济意义。
正文1.立管的基本结构深水立管是通过各段立管节的连接起来的。
为了改变立管的力学性能，其中一些节要经过特殊的设计。
一般TTR立管节一根长大约50-70尺。
TTR主体结构由中级别的高强度钢建造。
由于钛的力学性能，机械性能优越，在一些关键部位使用钛建造。
TTR主要由张力系统、标准立管节、张力节、伸缩节(telescopic joint)、keel节、锥形节/应力节（TSJ）、tie-back连接等组成。
张力腿平台筋腱动力特性分析与校验
张力腿平台筋腱动力特性分析与校验冯丽梅;苏威;闫发锁【摘要】为提高张力腿平台和立管与筋腱之间的动态耦合计算结果的准确性,更好地模拟平台的筋腱系统,运用势流理论,依据南海油气田开发既有资料,使用SESAM 软件对一座传统型TLP平台张力筋腱进行分析.考虑筋腱和立管的实际工程设计,采用分段构建系泊系统的方法建立分析模型,并得到了频域下的附加质量系数和系统刚度矩阵.通过静水偏移模拟得到了平台系统水平及垂向刚度曲线和张力筋顶部张力,校验了系统质量和刚度的准确性.通过自由衰减模拟,验证平台固有周期,并采用规则波时域分析的方法求解了张力筋腱张力幅值响应算子(RAO).结果表明,分段建模能很好地模拟实际工程中的张力腿平台(TLP)平台刚度,系统水平刚度与垂向沉降校验和自由衰减模拟可以更好地保证计算模型的正确性.%In order to improve the dynamic coupling calculation result accuracy of tension leg platform(TLP), risers and tendons, and to better simulate the tendons system of platform, this paper analyzed a traditional TLP tendon by using the SESAM software based on the potential flow theory and the oil and gas field development data on the south China Sea.The analytical model was established by using the method of subsection mooring system while considering the actual engineering design of the riser and tendon, the added mass coefficient under the frequency domain and system stiffness were calculated, getting platform horizontal stiffness and set-down curve and tendon top-tension by static offset simulation.The accuracy of the system quality and rigidity was verified.Then decay tests were performed in static water to verify natural period of the platform, and the tendon tension's responseamplitude operator(RAO) was calculated though regular wave time-domain analysis method.The results show that subsection modeling can simulate tension leg platform stiffness very well in actual engineering, the free decay simulation and verification of horizontal and set-down stiffness can better ensure correctness of the calculation model.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】6页(P22-27)【关键词】张力腿平台;静水偏移;自由衰减;沉降;固有周期;筋腱张力;水平刚度;幅值响应算子【作者】冯丽梅;苏威;闫发锁【作者单位】中海石油深海开发有限公司,广东深圳 518000;哈尔滨工程大学船舶与海洋工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶与海洋工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】P751张力腿平台(TLP)是一种典型的顺应式平台，通过数条张力筋腱与海底相连[1]。
灾害海洋环境下 深水张紧式生产立管安全性评估_徐正强
文章编号:1005-9865(2010)03-0044-06灾害海洋环境下TLP 深水张紧式生产立管安全性评估徐正强,唐文勇,薛鸿祥,胡志强(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240)摘 要:针对我国南海海域可能出现的超过百年一遇的灾害性海况,结合挪威船级社的DeepC 以及AB AQUS 软件,通过全系统耦合分析获得张紧式生产立管随TLP 平台在灾害海况下的强迫运动,并考虑波浪、流等环境载荷的联合作用,研究TLP 张紧式生产立管在灾害海况下的随机结构动力响应。
根据广义极值理论对随机结果数据进行拟合后,基于相应规范进行强度分析,完成立管在灾害海洋环境下的安全性评估。
关键词:灾害海洋环境;生产立管;耦合分析;非线性时域动力分析;安全性评估中图分类号:P751 文献标识码:ASafety assessment of a top -tensioned TLP production riser in disastrousmarine environmentX U Zheng -qiang,TANG Wen -yong,XUE Hong -xiang,HU Zh-i qiang(State Key Laboratory of Ocean Engineering,Shanghai Jiao Tong Universi ty,Shanghai 200240,China)Abstract:The random dynamic response of top -tensioned TLP production riser is studied in this paper,considering the disastrous marine env-i ronment with a return period of more than 100years which may occur in the south sea of China.The movement of TLP in disastrous mar i ne en -vironment is obtained through the full coupli ng analysis method by software DeepC of DNV,and the structural response of the riser is analyzed by ABAQUS with the joint action of environmental loads taken into accoun t.Furthermore,the random resul t data is fi tted based on the genera-l ized extreme value theory and then compared wi th the allowable stress given in relevant rules.Finally,the safety assessmen t of a top -tensioned TLP production riser in disastrous marine environment is achieved.Key words:disastrous mari ne environ ment;production riser;coupling analysis;non -linear dynamic analysi s in time domain;safety assess -ment收稿日期:2009-11-04基金项目:国家科委863计划资助项目(2006AA09A109-6)作者简介:徐正强(1981-),男,山东人,硕士生,主要从事海洋工程结构强度研究。
张力腿平台
张力腿平台张力腿平台发展与简介导管架平台和重力平台由于其自重和工程造价随水深大幅度地增加, 已经不适应深水域油气开发, 所以本世纪60 年代提出了顺应式平台的概念, 并在近20年的平台设计中得到了广泛的发展应用。
顺应式结构的典型实例是张力腿平台(Tension LegPlatform 简称为TLP)。
张力腿平台最重要的特点是平台的竖向运动很小, 水平方向的运动是顺应式的, 结构惯性力主要是水平方向的回弹力。
张力腿平台的结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大。
近二十年来, 经过张力腿平台设计生产的实践,证明张力腿平台具有良好的运动性能, 是深水海域油气生产适宜的平台形式。
张力腿平台结构张力腿平台(简称TLP)适用于较深水域(300～1500m)、且可采油气储量较大的油田。
TLP 一般由上部模块(Topside)、甲板、船体(下沉箱)、张力钢索及锚系、底基等几部分组成。
其船体(下沉箱)可以是三、四或多组沉箱,下设3～6组或多组张力钢索,垂直与海底锚定。
平台及其下部沉箱受海水浮力,使张力钢索始终处于张紧状态,故在钻井或采油作业时,TLP几乎没有升沉运动和平移运动。
其微小的升沉和平移运动(平移运动仅为水深的1.5% ～2%),在钻井和完井时主要由水中和井内相对细长的钻具及专用短行程补偿器补偿张力腿平台技术特点张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。
张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与一般半潜式平台不同。
其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。
用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。
张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。
作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。