混凝土重力式平臺簡介

中文名稱

混凝土重力式平臺

英文名稱

concrete gravity platform

定　　義

由鋼筋混凝土為主要材料建造的，具有鉆、采、儲油等多種功能的大型平臺。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級學(xué)科），海洋油氣開發(fā)工程設(shè)施與設(shè)備（二級學(xué)科）

（1）移動式平臺： 坐底式平臺、自升式平臺、鉆井船、半潛式平臺、張力腿式平臺、牽索塔式平臺

（2）固定式平臺：導(dǎo)管架式平臺、混凝土重力式平臺、深水順應(yīng)塔式平臺固定式鉆井平臺大都建在淺水中，它是借助導(dǎo)管架固定在海底而高出海面不再移動的裝置，平臺上面鋪設(shè)甲板用于放置鉆井設(shè)備。支撐固定平臺的樁腿是直接打入海底的，所以，鉆井平臺的穩(wěn)定性好，但因平臺不能移動，故鉆井的成本較高。

為解決平臺的移動性和深海鉆井問題，又出現(xiàn)了多種移動式鉆井平臺，主要包括：坐底式鉆井平臺、自升式鉆井平臺、鉆井浮船和半潛式鉆井平臺。

坐底式鉆井平臺又叫鉆駁或插樁鉆駁，適用于河流和海灣等30m以下的淺水域。坐底式平臺有兩個船體，上船體又叫工作甲板，安置生活艙室和設(shè)備，通過尾郡開口借助懸臂結(jié)構(gòu)鉆井；下部是沉墊，其主要功能是壓載以及海底支撐作用，用作鉆井的基礎(chǔ)。兩個船體間由支撐結(jié)構(gòu)相連。這種鉆井裝置在到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后往沉墊內(nèi)注水，使其著底。因此從穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)方面看，作業(yè)水深不但有限，而且也受到海底基礎(chǔ)（平坦及堅(jiān)實(shí)程度）的制約。所以這種平臺發(fā)展緩慢。然而中國渤海沿岸的勝利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海海域，潮差大而海底坡度小，對于開發(fā)這類淺海區(qū)域的石油資源，坐底式平臺仍有較大的發(fā)展前途。80年代初，人們開始注意北極海域的石油開發(fā)，設(shè)計(jì)、建造極區(qū)坐底式平臺也引起海洋工程界的興趣。已有幾座坐底式平臺用于極區(qū)，它可加壓載坐于海底，然后在平臺中央填砂石以防止平臺滑移，完成鉆井后可排出壓載起浮，并移至另一井位。

自升式鉆井平臺由平臺、樁腿和升降機(jī)構(gòu)組成，平臺能沿樁腿升降，一般無自航能力。工作時樁腿下放插入海底，平臺被抬起到離開海面的安全工作高度，并對樁腿進(jìn)行預(yù)壓，以保證平臺遇到風(fēng)暴時樁腿不致下陷。完井后平臺降到海面，拔出樁腿并全部提起，整個平臺浮于海面，由拖輪拖到新的井位。1953年美國建成第一座自升式平臺，這種平臺對水深適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性良好，發(fā)展較快，約占移動式鉆井裝置總數(shù)的1/2。中國自行制造的自升式鉆井平臺“渤海一號”平臺的四根樁腿是由圓形的鋼管做成的，樁腿的高度有七十多米，升降裝置是插銷式液壓控制機(jī)構(gòu)。該型鉆井平臺造價(jià)較低、運(yùn)移性好、對海底地形的適應(yīng)性強(qiáng)，因而，中國海上鉆井多使用自升式鉆井平臺。

鉆井平臺樁腿的高度總是有限的，為解決在深海區(qū)的鉆井問題，又出現(xiàn)了漂浮在海面上的鉆井船。

鉆井船是浮船式鉆井平臺，它通常是在機(jī)動船或駁船上布置鉆井設(shè)備。平臺是靠錨泊或動力定位系統(tǒng)定位。按其推進(jìn)能力，分為自航式、非自航式；按船型分，有端部鉆井、舷側(cè)鉆井、船中鉆井和雙體船鉆井；按定位分，有一般錨泊式、中央轉(zhuǎn)盤錨泊式和動力定位式。浮船式鉆井裝置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用現(xiàn)有的船只進(jìn)行改裝，因而能以最快的速度投入使用。鉆井船的排水量從幾千噸到幾萬噸不等，它既有普通船舶的船型和自航能力，又可漂浮在海面上進(jìn)行石油鉆井。由于鉆井船經(jīng)常處于漂浮狀態(tài)，當(dāng)遇到海上的風(fēng)、浪、潮時，必然會發(fā)生傾斜、搖擺、平移和升降現(xiàn)象，因此鉆井船的穩(wěn)定性是一個非常關(guān)鍵的問題。海上鉆井船的定位常用的是拋錨法，但該方法一般只適用于200m以內(nèi)的水深，水再深時需用一種新的自動化定位方法。

半潛式鉆井平臺（SEMI）由坐底式平臺發(fā)展而來，上部為工作甲板，下部為兩個下船體，用支撐立柱連接。工作時下船體潛入水中，甲板處于水上安全高度，水線面積小，波浪影響小，穩(wěn)定性好、自持力強(qiáng)、工作水深大，新發(fā)展的動力定位技術(shù)用于半潛式平臺后，工作水深可達(dá)900-1200米。半潛式與自升式鉆井平臺相比，優(yōu)點(diǎn)是工作水深大，移動靈活；缺點(diǎn)是投資大，維持費(fèi)用高，需有一套復(fù)雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺。半潛式鉆井平臺已經(jīng)經(jīng)歷了第一代到第六代的歷程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)有深水自升式鉆井平臺65艘，大部分工作在墨西哥灣和北海。其運(yùn)營商主要為美國石油公司。

牽索塔式鉆井平臺得名于它支撐平臺的結(jié)構(gòu)如一桁架式的塔，該塔用對稱布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。在平臺上可進(jìn)行通常的鉆井與生產(chǎn)作業(yè)。原油一般是通過管線運(yùn)輸，在深水中可用近海裝油設(shè)施進(jìn)行輸送。牽索塔式平臺比導(dǎo)管架式平臺、重力式平臺更適合于深水海域作業(yè)，它的應(yīng)用范圍在200米～650米。

固定平臺包括導(dǎo)管架式平臺、混凝土重力式平臺、深水順應(yīng)塔式平臺等。鋼質(zhì)導(dǎo)管架式平臺使用水深一般小于300米，通過打樁的方法固定于海底，它是海上油田使用廣泛的一種平臺。自1947年第一次被用在墨西哥灣6米水域以來，發(fā)展十分迅速，到1978年，其工作水深達(dá)到312米，世界上大于300米水深的導(dǎo)管架平臺有7座。

混凝土重力式平臺的底部通常是一個巨大的混凝土基礎(chǔ)（沉箱），用三個或四個空心的混凝土立柱支撐著甲板結(jié)構(gòu)，在平臺底部的巨大基礎(chǔ)中被分隔為許多圓筒型的貯油艙和壓載艙，這種平臺的重量可達(dá)數(shù)十萬噸，正是依靠自身的巨大重量，平臺直接置于海底。已有大約20座混凝土重力式平臺用于北海。不過由于混凝土平臺自重很大，對地基要求很高，使用受到限制。

固定平臺的鉆井模塊既可以放到固定平臺上，也可以采用移動式平臺，但是上部模塊價(jià)格比較貴，一套要好幾億美元以上，所以一般都可以移植到移動式上面，一般是打一槍換一個地方。

張力腿式鉆井平臺（TLP）是利用繃緊狀態(tài)下的錨索產(chǎn)生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產(chǎn)平臺。

張力腿式鉆井平臺也是采用錨泊定位的，但與一般半潛式平臺不同。其所用錨索繃緊成直線，不是懸垂曲線，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的是樁錨（即打入水底的樁為錨）或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起放的抓錨。張力腿式平臺的重力小于浮力，所相差的力量可依靠錨索向下的拉力來補(bǔ)償，而且此拉力應(yīng)大于由波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺的作用。張力腿式平臺自1954年提出設(shè)想以來，迄今已有40年的歷史。

作用于張力腿式鉆井平臺上的各種力并不是穩(wěn)定不變的。在重力方面會因載荷與壓載水的改變而變化；浮力方面會因波浪峰谷的變化而增減；擾動力方面因風(fēng)浪的擾動會在垂向與水平方向產(chǎn)生周期變化，所以張力腿的設(shè)計(jì)，必須周密考慮不同的載荷與海況。對于平臺的水下構(gòu)件，不論垂向或水平的，都會因波浪的波峰與波谷的作用而產(chǎn)生影響，因此如何選取水下構(gòu)件的形狀與尺度，使波浪擾動力的作用為最小，減小平臺在波浪中的運(yùn)動以及錨索上的周期性載荷，是張力腿式平臺的研究課題之一。一般張力腿式平臺的重心高、浮心低，非錨泊情況時要求初穩(wěn)性高為正值，為此要求穩(wěn)心半徑大或水線面的慣性矩大，這樣在平臺發(fā)生嚴(yán)重事故時，仍能正浮于水面。要求達(dá)到此目的，就要把立柱設(shè)計(jì)得較粗，這樣必然會使平臺在波浪中的運(yùn)動響應(yīng)較大。也有一種把立柱設(shè)計(jì)得很細(xì)，雖然初穩(wěn)性高可能出現(xiàn)負(fù)值，但在錨索拉力的作用下也是穩(wěn)定的。這種平臺在波浪中的運(yùn)動響應(yīng)較小，造價(jià)也可能低些，不過安全性差些。