国标-》小型张力腿平台—经济有效的深水开发手段.doc

43卷增刊 中 国 造 船 V01 43 SDeclal 2002年10月 SHIPBUlLDING OF CHINA Oct，2002 文章编号：1000-4882(2002)S-00144—09 小型张力腿平台一经济有效的深水开发手段 凌奇 (国际海洋工程师协会) 摘 要 本文描述了小型张力腿平台(Mini—TLP)的发展动态和设计理念。在墨西哥湾，这种平台目前已经(将来会更多 地)用于深海石油的开采。作为海上工作平台，小型张力腿平台具有张力腿平台运动响应的优点，能为生产操作提供稳 定的海上基地。尤其对于边际油田(margina卜field)的开发，它是一种经济有效的开发方法。这种平台也能和其它浮 式结构，如浮式生产存储卸载系统(FPS0)一起应用于大型油田的开发。我们认为，小型张力腿平台可作为深海和边 际油田经济有效的海上开采平台，同时，它对中国未来的深海开发具有潜在的重要意义。 (一)引言 目前海洋油气开发大都在浅水区的大陆架海域，开采结构主要??用钢质导管架固定式平台。不过， 海洋资源开采是逐渐趋向深水。对深水开采，导管架平台的造价会增加到在经济上不可行。这就促使 人们在深水海域使用浮式结构。 典型的浮式结构是FPSO、半潜式平台 fSemi．submersible)、张力腿平台(TLP)．}HSPAR平台，可根据它 们的特点和油田开发要求来选择不同的结构形式。实际使用 证明，这些结构形式在深海开发中都是经济有效的。 发展张力腿平台是为了克服浮式平台对海浪有较大的起 伏、横摇，纵摇等动力响应的弱点。这种平台概念的设计动 机是将在浅水固定平台上使用的干式采油树(Dry Tree)的操作 能力扩伸至深海的生产开发上。在传统张力腿平台运动响应 特性的吸引下，一种新的简化设计的张力腿平台：小型张力 腿平台在上世纪90年代后期开始用于深海石油的开发(见图 1．1)。已有四座小型张力腿平台在墨西哥湾投入使用，不久 的将来还会建造五座。其中两座建在超过4000英尺的海域， 达到并超过了传统张力腿平台的最大水深，OHShell的Ursa平 台。2004年在墨西哥湾，Anadarko＆El Paso Energy的Marco Polo平台和Conoco的Magnolia平台将建造在水深4300英尺 (1310米)和4700英尺(1432米)。表1．1和1．2中列出了更多的小型 张力腿平台工程项目。 下节描述了小型张力腿平台的概念和特性，详细分析了 小型张力腿平台的设计理念，研究了各种油田开发中小型张 图1．1 SeaStar小型张力腿平台,TYPHooN 力腿平台的使用和效果。  凌奇：小型张力腿平台一经济有效的深水开发手段 (二)小型张力腿平台概念 1．井口装置(Well Completion) 在海洋油气开采中，常使用两种井口装置：水下井口装置(湿式采油树)和水面井口装置(干式采油 树)。水下井口装置的采油树(井口阀门系统)置于海底，作为海底井口装置或者独立串井，连接到临近 的或远程的水面设施上。进入水下井口装置需要可移动的钻探装置或螺旋管工作船，需要较为昂贵的 操作费用。水面井口装置的采油树在海面上，其最大优点在于能从平台的钻探甲板进入井口装置，很 容易通过海面设施完成井中的各种操作与维护。对水面井口装置，对井的检查和维护更直接，操作费 用比水下井口装置要低得多。因此，对需要经常检查和维护的井，可采用水面井口装置。尽管这可能 要增加建造投资，但大幅降低的操作费用可以提高油田开发的整体经济性。在深海石油的开发中，对 这样的油井(需要经常检查和维护)，就要考虑选择能支持水面井口装置的方案。为了使用水面采油树， 立管张紧装置行程要能够满足平台的竖直运动。这就要求浮式平台具有较小的竖直运动，因此，通常 选用张力腿平台和SPAR平台作为支持干式采油树(Dry Tree)的平台。 2．张力腿平台的概念和特性 浮式平台有优点也有缺点。由于是“浮动”而不是“固定”，它们被选择用于深水石油开发。它们可 以从一个地点移动到另一地点。对5到10年开采期的小油田，这是很必要的。同样，由于是“浮动”， 它们在恶劣海况环境下有较大的运动响应。这种不足限制了多种浮式平台采用水面井口装置(干式采 油树)生产方式，甚至在风暴期间需要停止钻探和生产操作。 竖直锚固的张力腿平台具有优越的运动响应特性，它们的起伏、横摇、纵摇几乎可以忽略，即使 在风暴期，运动响应也很小。这就容许无间断的开采和使用水面干式采油树。强力张力腿(Tendon)的 轴向刚度将系统的垂直固有周期降低到大约3～4秒，使其远远小于优势波浪的能量周期避免了共振， 相比之下，SPAR的垂直固有周期远大于优势波浪的能量周期，同样避免了共振。对张力腿平台水平 运动的约束是靠张力腿的预紧张力来实现的，