致 谢 39

参考文献 40

第一章 绪论

1.1研究的背景、目的和意义

随着世界人口地持续增长以及经济全球化的到来，全球各个国家对能源的需求日益增长。当陆上的资源不能满足人类的需求时，那么占据地球表面79%面积的海洋就会成为人类能源开发的首要方向。因为海洋蕴含大量的矿产、生物、油气等能源，所以，近年来人类不断推进对海洋的开发与探索，这也更加说明了海洋结构物对海洋开发和造福人类的重要意义。然而，就我国而言，一个拥有13亿人口的大国，陆上的资源相应的就显得捉襟见肘。但是，我国领海的海域非常辽阔宽广，研究和建造海洋结构物对我国开发和利用海洋资源、增加国家的经济和军事实力以及增强我国国际影响力都具有重要意义。

然而，在深海油气开发领域，我国的技术水平仍较落后，和其他的发达国家相比的话还差距比较大。而且，多数的海洋结构物都是参考其他国家的原型来建造的，从而缺少了创新性。而在深水海洋浮式平台的研究、设计、制造等各个方面我们国家也都处于弱势，这样落后的局面也意味着发展历程会持续很久。因而TLP和SPAR平台地进一步研究对我国来说就变得非常重要[1-2]。石油工业发展的趋势已经也必然向此方向上靠近。而TLP平台作为海洋浮式平台的主要型式之一，如今大量投产也是大势所趋，同时其在开发深水油气田进程中也承担着重要的责任。张力腿平台的优点还表现在以下几个方面：第一，平台受风浪移动较小，几乎没有竖向移动和转动，整个平台结构安全稳定，平台由张力腿固定于海底；第二，可以使用“干圣诞树”状管道使油井的竖向使用变得简单。由于平台受风浪移动较小，使得可以从平台上直接钻井和直接在采油导管上操作；第三，降低了采油操作费用。平台不需其它钻井船的协助来钻井和直接在采油导管上操作，费用可以降低；第四，简化了SCR的联接。平台运动的减少相应地对疲劳的要求降低。这样对SCR的连接起了很大的帮助；第五，可以同时使用竖向上部张力式管道和SCR的连接；第六，张力腿式平台的应用可以从独立的边界油田到大规模的区块油田，水深也可从几百米到千米以上[3]。

1.2简述张力腿平台

1.2.1张力腿平台的结构特征

张力腿平台种类、形式繁多，但总体上仍可将其结构分为五大部分：立柱（有斜撑、横撑）、平台上体、下体（有沉箱）、锚固基础以及张力腿。一般称平台上体、立柱及下体这三个部分叫主体。下面，本文以传统张力腿平台来展开，介绍张力腿平台各结构的作用，如下：张力腿平台结构示意图平台上体：为平台立柱结构以上的结构，配备有生活、生产装置；立柱（含横撑、斜撑）：平台立柱为直径较大的柱体，一般在十几米左右，为其提供部分浮力和保证平台具有足够的稳性。立柱的数目取决于平台上体的形状。下体：主要由沉箱构成，能够给平台提供大量浮力和剩余浮力，可以给张力腿系统提供预张力，和立柱共同维持平台的稳性和浮态。张力腿：它的作用是把平台固定在海底，一直处于拉紧的状态，这样可以大大约束平台的位移。锚固基础：锚固基础是张力腿的一个重要组成部分，起到了固定平台、精确定位的作用。主要分为两种：重力式和吸力式。浮体、张力腿和立管组成了张力腿系统的核心部位。因此，张力腿在静止的情况下，它只承受到了预张力作用，且预张力一般约为总排水量的百分之二十。然而，在环境载荷作用下，浮体将可能会在环境载荷作用的方向产生一定的位移，其张力也会由于浮体的偏移而发生相应的变化。外力有：顶张紧力、波浪力、流力、重力等。用耦合的方法分析张力腿受力情况，即通过TLP系统的总体响应分析来确定张力腿的受力。耦合分析重点考虑的是多种非线性的条件，比如：大幅度的纵／横荡运动、非线性水动力载荷的非线性曳力、自由表面影响和二阶波浪载荷等等[4-5]。