Truss Spar平台结构强度分析及优化设计
垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析
- 23 -第5期垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析孙伟（青岛黄海学院， 山东 青岛 266427）[摘 要] 随着深海石油开发需求的不断增加，Spar平台的设计制造成为海油工程领域关注的热点。
为探究垂荡板结构对Truss Spar平台动力响应的影响，在三维势流理论的动力响应方程的基础上，利用水动力计算软件ANSYS-AQWA，建立Truss Spar平台水动力模型，改变中段部分的桁架式结构中垂荡板的数目，应用频域分析法对附有不同数目垂荡板的Truss Spar 平台进行动力响应计算和比较。
计算结果表明，垂荡板结构能有效抑制Truss Spar平台的运动，而且垂荡板的数量越多对平台的垂向运动性能的改善效果越好。
[关键词] Truss Spar平台；垂荡板；AQWA；频域分析法作者简介：孙伟（1987—），女，山东临朐人，硕士，讲师，主要研究方向船舶与海洋工程。
1 前言石油资源被称为各国经济发展的“血液”。
近年来，随着陆地近海油气资源的减少，世界各国已在大力发展深海油气勘探技术，Spar 平台因其良好的性能和经济性已成为深海油气勘探开发平台的主要发展方向。
Truss Spar 平台是目前应用最广泛的spar 平台。
深海油气勘探设备的安全性是我们关注的重点，Spar 平台的纵摇与横摇等对平台安全影响较小，影响Spar 平台安全的主要因素是平台的垂荡运动，当平台的垂荡运动周期与波浪周期相似时产生共振，将对平台的设施产生致命威胁。
经典Spar 平台通过大吃水来保证平台的垂荡固有周期，而Truss Spar 、Cell Spar 平台通过添加垂荡板来保证其垂荡周期远离波浪周期。
垂荡板的设置对于Truss Spar 平台的水动力性能起着至关重要的作用，垂荡板的设置数目是影响垂荡性能的重要因素[1]。
因此，研究垂荡板的结构设置问题对于平台整体的设计及安全性具有十分重要的意义。
2 动力响应的理论计算2.1 三维势流理论假设流体为不可压缩无旋的理想流体，流体的速度势必定满足拉普拉斯方程：（1）在三维势流理论的假设下，非定常流流体满足伯努利方程：（2）结合伯努利方程，可以得到总势能势来计算物体表面的压力分布，作用在物体上的波浪力和力矩。
Spar平台简述分析
• • • • 上部组块 主体结构 立管系统 系泊系统
Spar平台组件
2
上部组块（顶部甲板模块） ——平台生产和生活的中心
Spar平台的上部组块通常有2~4层矩形甲板结构 组成，用来进行钻探、油井维修、产品处理或其他组 合作业。 Spar平台一般设有油气处理设备、生活区、直升 机甲板以及公共设施等，根据作业设计要求，也可以 在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔以及完成平台的钻 探、完井和修井作业。
• 典型的Spar平台从上到下主要分为硬舱、中段、 软舱。
4
• 平台主体从主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分为 硬舱，它是一个大直径的圆柱体结构，中央井贯穿其中， 设有固定浮舱和可变压载舱，为平台提供大部分浮力， 并对平台浮态进行调整。 • 中段是指平台主体从可变压载舱底部至临时浮舱定甲板 之间的部分，它是桁架结构，在桁架结构中设置2~4层 垂挡板，以增加平台的附加质量并附加阻尼，提高稳性。 • 平台主体中段以下的部分是软舱，软舱主要设置固定压 载舱，以此减低平台重心，同时为Spar平台自行竖立过 程提供扶正力矩。 • 此外，主体外壳上还安装2~3列螺旋侧板结构，以减少 平台的涡激振动，改善平台在涡流中的性能。
有较大的水平回复力，减小了平台的水平位移 。 具有较小的刚度，降低了缆绳的拉伸程度。 缆绳的轴向刚度随轴向张力及里的作用时间而 变化，容易偏移，分 析起来比较复杂。 缆绳容易打滑而产生蠕变，只能作为悬浮部分 ，而不能预放于海底，安装起来也很复杂。 常用的合成材料有聚酯材料，聚酰胺材料，高 模数聚乙烯材料三种。缆绳可以是螺旋状，平 行股式和六股式。
2、稳定性能
• 与TLP平台不同， Spar平台的稳定性不 是从系泊系统获得的，Spar平台的重心大 大低于浮心，即使横摇和纵摇到最大角度 ， Spar平台也是个稳定系统。而TLP平 台稳性主要由上部结构、张力腿和锚基等 决定。
Spar平台结构型式及总体性能分析
万方数据第３７卷第５期杨雄文，等：Ｓｐａｒ平台结构型式及总体性能分析台）、桁架式平台（ＴｒｕｓｓＳｐａｒ）和多柱式平台（ＣｅｌｌＳｐａｒ）。
世界上第１座传统式Ｓｐａｒ平台是１９９６年在墨西哥湾建成下水的ＮｅｐｔｕｎｅＳｐａｒ。
从设计到平台正式采油，一共只花了２５个月，一开始就显示了高效率的特点，其工作记录也显示了高度的稳定性，大大提高了业主对Ｓｐａｒ技术的信心。
到２０００年，世界上已经发展了３座传统式Ｓｐａｒ平台，分别为ＮｅｐｔｕｎｅＳｐａｒ（５８８ｍ）、ＧｅｎｅｓｉｓＳｐａｒ（７９２ｍ）和ＨｏｏｖｅｒＳｐａｒ（１４６３ｍ），其中，ＧｅｎｅｓｉｓＳｐａｒ安装了一座钻探深度可达７６２０ｍ的全装钻塔，具备自行钻探的能力，是世界上第１座钻探和采油Ｓｐａｒ平台，ＨｏｏｖｅｒＳｐａｒ是目前在役的规模最大的Ｓｐａｒ。
桁架式Ｓｐａｒ平台的概念是ＤｅｅｐＯｉｌＴｅｃｈｎｏｌｏ—ｇｙ公司和ＳｐａｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司提出的，并于２００１年第１次应用于Ｎａｎｓｅｎ／Ｂｏｏｍｖａｎｇ油田。
自２００１年第ｌ座ＴｒｕｓｓＳｐａｒ——ＮａｎｓｅｎＳｐａｒ安装下水，目前全世界已有９座ＴｒｕｓｓＳｐａｒ先后建成下水，还有２座在建。
其中包括２００４年初安装下水的世界上最大的Ｓｐａｒ平台一一ＢＰ石油公司的Ｈｏｌ－ｓｔｅｉｎＳｐａｒ，Ｄｏｍｉｎｉｏｎ石油公司的ＤｅｖｉｌｓＴｏｗｅｒＳｐａｒ以及世界上第１座采用尼龙塑料系泊索系统的ＭａｄＤｏｇＳｐａｒ。
由于各种最新技术的采用，到２００４年底，新建成的ＴｒｕｓｓＳｐａｒ已在多个方面取得了创造性的突破，为Ｓｐａｒ向深水、超深水进军提供了方向。
但是不管是传统式Ｓｐａｒ平台还是桁架式Ｓｐａｒ平台，它们都有一个共同的缺点就是体形庞大，造价昂贵，而且其庞大的主体对建造船坞的要求很高。
目前几乎所有的Ｓｐａｒ平台的主体都是在欧洲和亚洲建造的，然后用特种船舶运输到墨西哥湾进行组合和安装，运费昂贵，且不易于安装。
SPAR平台主体结构概要建造方案
SPAR平台主体结构概要建造方案1.引言SPAR平台是一种用于深海石油开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式，由于该平台具有稳定性能好、运动特性优良、可以应用于深水作业、建造成本相对较低等特点，SPAR 平台已经成为最有发展潜力的平台形式之一，目前已经有十几座SPAR平台在墨西哥湾成功使用。
随着国家对南海深水海域油气资源开发力度的加大以及南海海洋环境和墨西哥湾相似等因素，SPAR平台有望成为南海深海作业平台的首选形式。
第一座SPAR平台产生于上世纪90年代中期，经过十几年的发展，目前已经发展到第三代产品。
SPAR 平台主要由平台上部模块、主体结构、立管系统以及系泊系统四部分组成。
本文以国家863计划海洋技术领域“新型深水Spar平台、TLP平台概念设计与关键技术”课题中的新型深水SPAR平台为典型产品，针对其特点，概略阐述其总体建造方法，主要包括以下几个方面：◆结构总体建造方法◆关键结构建造方法◆装配合拢流程◆拖移下水方法2.结构总体建造方法新型SPAR平台结构是在第三代Cell Spar的基础上发展而成的，它的结构形式复杂，形状特殊，尺度大，节点多且复杂，必须要借助于先进的结构总体建造技术，才能够解决建造中的许多难题。
该平台主体结构主要包括如下几部分：上部硬舱圆筒结构（1个中央圆筒和8个水线面以下的外围圆筒）、中部连接舱桁架结构、下部软舱结构。
该平台的主要特征：平台形式：TCell Spar3；平台主体构成：硬舱、连接舱和软舱；该平台主要尺寸及物量：中央圆柱直径：16m；中央井尺寸：8*8m；环绕圆柱直径和数量：10m*8；硬舱高度：80m；连接舱高度：80.44m；软舱尺寸：37.8*37.8*13m；垂荡板尺寸：37.8*37.8；作业水深：1500m；预估重量：18150吨。
2.1总体建造方法概述根据该平台的结构特点，如果按照常规的坞内建造或船台建造的方法，不仅对建造资源的依存度很大，而且漂浮或下水非常困难，考虑到国内船厂的现有资源，我们认为该平台应当采用卧式合拢，拖移下水的平地建造法。
Spar平台垂荡板设计中的关键问题
Spar平台垂荡板设计中的关键问题
高鹏;柳存根
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2007(022)002
【摘要】Spar平台是一种适宜于深海石油的开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式.垂荡板是影响Truss Spar和Cell Spar垂荡性能的关键构件.垂荡板的性能及设计已是国际Spar工程和研究的热点之一.介绍了影响Spar平台垂荡板性能的主要因素,以及典型的垂荡板结构和主要载荷.
【总页数】5页(P9-13)
【作者】高鹏;柳存根
【作者单位】上海交通大学,上海,200030;上海交通大学,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】P752
【相关文献】
1.S-spar平台垂荡板数目确定及立管系泊系统耦合分析 [J], 孙洁莹;张淑华;陈辉;封磊
2.垂荡板对浮式风力机Spar平台的动态响应的影响 [J], 周红杰;李春;丁勤卫;郝文星;叶舟
3.垂荡板对Truss Spar平台垂荡性能的影响分析 [J], 王言哲;徐兴平;刘广斗;张辛;王龙庭;钱文聪;汪海
4.垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析 [J], 孙伟
5.三维复杂结构Spar平台垂荡板垂荡水动力性能研究 [J], 黄苗苗;吴乘胜;吴维武;匡晓峰;缪泉明
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spar平台的发展现状及未来发展趋势
SPAR平台的发展现状及未来发展趋势一：前言在过去的二十年中，人们对石油的需求量急剧增长。
随着陆上石油资源日趋枯竭,海洋石油成为人类重要的能源来源之一,已探明的海洋石油储量80 %上在水深500m 以内,除了少数海域外,大部分地区的近海油气资源已日趋减少,向深海开发油气已成必然趋势,深海平台技术也成为国际海洋工程界的一个热点。
许多新型适应深海海洋环境的平台结构不断涌现,如顺应式平台、张力腿平台、浮式生产储油装置、SPAR 平台等。
与其它平台技术相比，SPAR平台具有以下特点：1.可以应用于深达3000m水深处的石油生产。
2.具有较大的有效载荷。
3.由于其浮心高于重心，因此能保证无条件稳定。
4.可以低成本储藏石油。
5.壳体可以是钢结构或水泥结构。
6.系泊系统的建造，操纵和定位较为容易。
正因为SPAR平台具有上述特点，它能很好地满足深度为500m至3000m水域中的石油生产及储藏，已经逐渐变为最具吸引力和最有发展潜力的平台形式之一。
二：SPAR平台的发展现状SPAR平台应用于海洋开发已经超过30年的历史，但在1987年以前，SPAR平台主要是作为辅助系统而不是直接的生产系统。
到目前为止SPAR平台已经发展到第三代..1.传统SPAR平台(Classic Spar)30年前就在海洋工程中得到应用的SPAR平台那时只是一种储油和卸油的浮筒。
l987年,Edward E. Horton在柱形浮标和张力腿平台概念的基础上提出一种用于深水的生产平台,即单柱平台。
这种设想于1996年被应用于墨西哥。
传统SPAR平台的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。
其中水线以下部分为密封空心体，用以提供浮力,称为浮力舱,舱底部一般装压载水或用以储油（柱内可储油也成为Spar平台的显著优点),中部由锚链呈悬链线状锚泊于海底。
世界上第一座传统型SPAR平台是于1996年建成的Neptune平台。
2.桁架式SPAR平台(Truss SPAR)第二代的桁架式SPAR平台的概念是Deep Oil Technology (DOT)公司和Spar International公司从1996年起经过大量的工作,历时5年后提出的,并于2000年2月份第一次应用于Nansen/Boomvang油田。
TrussSpar平台滑移装船研究
造 与装 船 ，需要考 虑 以下 因素 ：陆地 滑道 强度 ，码 头前岸 壁 强度 以及 陆地滑 道 前端码 头 高度 、水深 、 水域 宽阔程度 等 。装船 过程 中船底 与海 底 泥面 保持 至少 ０５ 的 间距 ； 由于 ＴｕｓＳ ａ 平 台重 量达 到 ． ｍ ｒｓ ｐｒ
Ｓ ａ 平 台当前应 用较 为广 泛 。ＴｕｓＳ ａ 平 台 多采 用 半潜船 将其 从建 造场 地干 拖运 输至 安装地 ；利 用 ｐｒ ｒｓ ｐｒ
大功 率 液压设 备通过 滑道 将 Ｔｕ ｓ ｐ ｒ 台主体 部分拖 拉上 船 ，是 目前 国际上 通常 采用 的滑 移装 船方 ｒｓ Ｓ ａ 平
制 ，国外 工程 常常将 Ｓ ａ 平 台偏 船 舯一侧 布 置 ，平 台部分悬 出船尾 。 ｐｒ
实际工 程 中，选择将 硬 舱还 是软 舱布 置于 甲板 首部 ，主要 是考 虑浮 卸作 业 、Ｓ ａ 装船 压载 作业 以 ｐｒ
收稿 日期：２ １－４１ ：修改稿收稿 日期：２ ｌ—７１ ０ ｌ０ —５ ０ ｌ ．２ Ｏ
５ ２卷
增刊 ｌ
徐
慧 ， ： ｒｓ ｐ ｒ 台滑 移 装 船 研 究 等 Ｔｕ ｓ ａ 平 Ｓ
２７ ０
均适 于 纵 向滑 移装 船 ，本 文 以一万 吨级 Ｔｕｓ ｐｒ 台为 实例 ，进 行 硬舱 在前 的纵 向滑 移装船 的关 键 ｒｓ ａ 平 Ｓ 技 术研 究 ；装 船场 地为 青 岛某海洋 工程 建造 场地 。
Ｔ ｕｓ ｐ ｒ 台滑移 装船研 究 ｒｓ Ｓ ａ 平
深水Truss Spar水动力计算方法研究
其 特征 尺寸 远小 于波 长 ， 波 浪 绕 射 和辐 射 效 应 被 忽略 。对 于这类 结构来 说 ， 粘性 就显 得非 常重 要 。 Ｍ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ方 程 本 来 是用 于计 算 固定 圆柱 体 的波 浪
力， 因此 当波浪 作用 在浮 式平 台上 时 ， 则 需要 用到 修改 的 Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ方程 ：
在 浮式平 台主 体结 构 中 ， 特 征 尺 寸 较 大 的部 分， 其水 动力 分 析 采 用 绕射 和辐 射 理 论 。特 征 尺
寸 较 大 的 部 分例 如 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台 的桁 架 单 元 ，
式 中： 胛、 “ ： —— 垂 荡 板 的 特 征 长 度 和 竖 向相 对
Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ公 式 １ 如下 。
的运 动 性能进 行评 估 ， 为平 台前 期设计 提 供参 考 。
１ 小 构件 和板 的 波浪 力
１ ． １ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ公式
Ｆ Ｈ ｐ ＝ｃ 。 ｐ 三 五 ： ＋ ＿ 三 ＿ Ｌ ｃ ｄ
速度。
Ｊ Ｊ （ ２ ）
行波浪载荷及运动响应计算 。波浪载荷计算 中 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 主体 和软舱采 用 ３ Ｄ势流理论 计算 ， 而垂荡板 、 桁架 和立管系统采用线性化 的 Ｍｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ 公式 计算 ， 同时求解 中考虑 系泊 系统 的影 响。计 算结果 表 明， Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台波
第４ ２卷
第 １期
船 海 工 程
ＳＨＩ Ｐ ＆ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎｏ． １
２ ０ １ ３年 Ｏ ２月
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。