一种新型SPAR平台系泊系统设计.pdf

60 第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集 一种新型 SPAR 平台系泊系统设计 1 2 1 1 彭 程 ，孙春梅 ，刘仲平 ，郝金凤 （1.北京中船重工船舶设计研究中心，北京 100086 ； 2. 中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100176 ） 摘要：SPAR 平台是一类深海浮动式平台，它是海洋工程研究的热点之一。目前已投入应用的 SPAR 平台有三种类型。系 泊系统是 SPAR 平台的重要组成部分。系泊系统设计主要包括系泊索布置型式的选择、系泊索设计、以及锚固基础设计。围 绕系泊索的布置型式和系泊索设计两方面对现有 SPAR 平台的系泊系统进行了总结，并设计了一种新型 SPAR 平台——TCell SPAR 平台系泊系统。对 TCell SPAR 平台进行了耦合分析计算，结果表明该平台的系泊系统可以抵抗其所处的恶劣环境条 件。最后还提出了系泊系统设计需要注意的问题。 关键词：新型 SPAR 平台；系泊系统设计；系泊索；耦合分析；海洋工程 1 概 述 SPAR平台是一类新型的浮动式平台。自 20 世纪 80 年代以来，SPAR平台被广泛应用于深海石油开发， 被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向[1] 。从结构上讲，SPAR平台可以分为三个部分，即平台上 体，平台主体和系泊系统（包括锚固基础）。系泊系统设计主要包括系泊索布置型式的选择、系泊索设计 以及锚固基础设计三方面。 系泊索布置型式是系泊系统的基础，在已建成的SPAR平台当中，Truss SAPR平台的系泊系统一般采用 的是分组式布置方式，如Horn Mountain SPAR平台的系泊索分为 3 组，每组包含 3 根系泊索，相邻两组系 泊索之间相隔 120°。分组布置系泊系统的优点在于：便于系泊设备的布置，避免在主体下方安装导缆孔； 简化系泊索长度优化的计算[4] ；在需要的情况下可以布置更多的系泊索。而Cell SPAR平台仅有Red Hawk 一座，它共有 6 根系泊索，呈散布式布置，相邻两根系泊索之间间隔为 60°，每根系泊索均位于相邻两根 立柱之间。这种布置型式可以减少在侧板上的穿孔，也可以减少扰流，还可以减小VIV引起的横向运动， 而且采用散布式系泊索在单根损坏的情况下更有效[3] 。 在确定了系泊索布置型式后需要确定所使用的系泊索的型式、参数以及材料。目前深水平台的系泊索 大多采用链-索-链的张拉悬链线形式[2] 。 所谓链-索-链式，指的是每根系泊索由三部分组成，最上面的部分称为船体链段（platform chain ），船体链 段由安装在主体结构上部甲板的链式起重机或是起链机提供张拉力，并通过导缆孔与下部锚缆相连；中间 段为螺旋钢缆或合成缆，下部与海底链段相连；海地链段与桩或吸力锚相连，桩或吸力锚可以提供足够的 抗拔力和水平承载力，锚缆的长度和锚泊系统提供的张拉力应保证除非在非常极端的工况条件下，钢缆或 尼龙缆不与海底相接触。与传统的锚链式系泊方式相比，这种形式可以大大减轻系泊索的自身重量，降低 成本，保证平台的有效载荷。 所谓张拉悬链线形式是指系泊索在水中的几 何形状是由标准悬链线方程确定的，同时锚链（缆） 也从不躺放在海底，锚载荷在任何条件下都存在向 上的分量。张拉悬链线式系泊方式中也可以采用合 成缆。 SPAR 平台系泊索的中间段可以采用螺旋钢缆 也可以采用尼龙缆。尼龙缆比重轻，强度高，相同 强度下尼龙缆的重量仅是钢缆的 1/2 以下，但是尼 龙缆本身具有强烈的非线性，会使得系泊系统的计 算分析非常复杂，同时有关尼龙缆的试验数据较 少，也制约了尼龙缆的应用。 锚固基础设计也是系泊系统设计的重要组成 图 1 SPAR 平台系泊系统示意 部分。SPAR 平台的基础有桩基础和吸力锚基础两 种形式。 一座典型 SPAR 平台的系泊系统如图 1 所示。 联系方式：pcheng783@163.com 第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集 61 至 2007 年，世界上已投入使用 14 座 SPAR 平台，其中有 3 座传统型（Cl