张力腿平台海上安装技术研究

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊的顺应式平台,其主要工作原理是通过平台自身的浮体结构,产生远大于平台自重的浮力,从而使张力腿产生预张紧力。张力腿平台的结构形式使其海上安装方式有别于传统的桩基式导管架平台,但其相关技术一直被国外公司掌握并垄断。结合500 m水深油田生产装备TLP自主研发课题,研究了张力腿平台海上安装的各个环节与关键技术,系统详细地阐述了张力腿平台的安装方案作业流程,有助于打破国际关键垄断,突破关键技术。同时,也为我国南海深水张力腿平台的进一步研发与施工奠定理论基础和技术储备。     

张力腿平台张力腿焊接工艺

依托中海油拟建的流花16-2/11-1张力腿平台(Tendon Leg Platform,TLP)建造项目,对TLP平台的关键结构——张力腿的焊接技术进行初步研究。针对张力腿结构及母材特性、焊接工艺要求及强度韧性指标等一系列要求,结合国内外张力腿焊接研究现状及青岛公司现有场地资源,对张力腿的焊接工艺进行研究,经验证,该工艺满足相关技术指标。     

深水TLP浮式平台的张力腿海上安装方法研究

TLP浮式平台是国际上深水油气田开发应用最多的生产平台之一。其关键设备张力腿的海上安装是TLP平台施工的重要环节。以流花16-2 TLP平台为例,研究了张力腿海上安装方法及施工工序,进行了张力腿海上安装的运动过程数值分析,总结归纳不同海况条件对张力腿安装过程的影响,提出张力腿支撑临时浮筒的绑扎是保证张力腿自由站立工况安全的基本条件,为工程实践提供理论支撑及技术指导,对TLP平台的真正实施有很大的推动意义。     

张力腿平台丛式立管安装作业窗口分析

在对立管安装模型进行理论研究的基础上,考虑丛式立管之间的干涉作用,提出导向架-导向绳作用模拟方法,建立了TLP丛式立管-导向架-导向绳耦合分析模型,形成了一种以平台偏移值、表面海流流速组合参数形式确定TLP立管安装作业窗口的分析方法及流程,并以我国南海某深水油井为例开展了TLP立管安装作业窗口研究及参数敏感性分析,结果表明,TLP立管安装至海底井口但尚未对接成功工况下安装作业窗口最小,此时作业窗口在低流速区主要受立管回接连接器与竖直方向夹角限制,在高流速区主要受立管之间干涉的限制;随着波浪的增加,立管安装作业窗口逐渐变小;适当增加导向架数量并合理布置有助于增大TLP立管安装作业窗口;立管间距的减小会加剧丛式立管之间的干涉,从而使得TLP立管安装作业窗口变小。本文相关方法和研究成果可为TLP丛式立管安装作业提供理论依据。     

深水表层导管安装方法及风险控制技术研究

深水表层导管是整个深水油井建造的基础,其安装作业风险高、操作难度大,加之设计理论模型和实际情况存在差异,有不确定性的风险,一旦操作失败将会导致恶性甚至灾难性事故的发生。在充分调研国内外最新深水钻井资料的基础上,介绍了深水表层导管的安装方法及关键技术参数设计,并根据表层导管喷射下入工艺技术特性对其进行了风险识别分析,提出了相应的控制技术措施,对现场作业具有重要的指导意义。     

南海深水表层导管水下打桩安装技术适应性分析

为了提高深水钻井表层导管施工的安全性和时效性,针对深水浅层钻井难题,基于锤击沉桩原理,通过理论分析和工艺研究,对深水钻井表层导管水下打桩安装技术进行了分析。深水钻井表层导管水下打桩安装技术采用水下液压打桩锤系统将表层导管锤入地层,可在工作船上实施作业,不占用钻机时间。针对我国南海深水浅层地质特点和油气开发需求,对该技术在南海深水钻井表层导管施工作业的适应性进行了研究。结果表明,与目前采用的表层导管钻孔/固井和喷射法安装技术相比,水下打桩技术可分别节省65%和43%的作业时间、79%和46%的作业费用。表层导管水下打桩安装技术可有效提高深水浅层钻井的安全性和经济性,对我国南海深水钻井表层导管施工具有很好的适应性。      

南海张力腿平台气隙计算方法

气隙是张力腿平台性能的重要指标之一。通过对张力腿平台气隙设计要求及影响因素进行分析,给出了张力腿平台气隙预报模型。以流花16-2油田为例,结合张力腿平台前端工程设计研究项目,采用气隙简化估算公式、数值模拟和模型试验相结合的方法进行了气隙计算。计算结果表明,在前期工程设计或初步设计时,可采用本文给出的简化估算公式快速计算气隙,对于最终设计气隙,建议以数值模拟和模型试验相结合的方法来确定。本文提出的张力腿平台气隙设计方法可为南海今后类似张力腿平台设计提供借鉴。     

张力腿平台就位安装压载方案研究及稳性分析

建立了张力腿平台(TLP)安装过程中确定压载方案的流程,然后应用该流程制定了某在研TLP的安装压载方案,并应用MOSES软件研究了该压载方案下TLP安装各阶段的正浮浮态和临时倾斜浮态时的稳性。研究表明,TLP倾斜会导致稳性降低,但该TLP在这些浮态时的稳性均满足规范要求,初步说明了制定的压载方案是可行的,同时也验证了此TLP的设计满足安装稳性的要求。     

张力腿平台波浪载荷计算

根据张力腿平台的结构形式将平台本体简化为浮式、截头、直立柱群。应用匹配渐进和特征函数展开法得到流场速度势的半解析解，采用改进平面波法计算了张力腿平台本体在不同参数组合下的绕射波浪载荷的解析解。     

张力腿平台电力系统应用研究

张力腿平台(Tension Leg Platform,TLP)是一种通过张力腿系统固定在海底的浮式海洋平台。张力腿能够保证平台在风、浪、流的作用下保持位置并限制平台的运动。电力系统设计是海洋工程众多领域中的一个专业,而电力系统研究对于张力腿平台在位安全作业起着至关重要的作用。该文提出了张力腿平台电力系统设计的基本原则和设计要求,其理论分析对同型平台的设计具有一定指导和借鉴意义。     

张力腿平台拟静态分析

纵荡、垂荡等运动模态对张力腿内张力变动影响显著,为了确定张力腿内张力变动与两个运动模态的关系,采用非线性拟静态分析方法对该问题进行了研究。通过分析给出张力腿平台本体水平偏移、垂直下沉、张力腿内张力变化、水平外力等重要参数之间的相互关系,可初步进行定性和定量分析,对平台的初步设计有一定参考作用。     

一种隔水管-导管顶张力优选方法

随着深水勘探向超深水发展,海洋的环境越发恶劣,隔水管-导管系统易发生屈曲和交变应力疲劳等稳定性问题。鉴于此,建立了考虑钻井液上返条件下的隔水管-井口-导管的整体有效轴向力方程,对系统轴向力进行精确计算;并将陆地钻井的中性点概念引入海洋钻井,保证隔水管-导管系统的中性点落在BOP上,然后综合考虑张力设备能力和立管强度等因素对顶张力进行优选。该方法分析了钻井液密度与返速对轴向力分布的影响,提升了系统有效轴向力的计算精度,能够优选出符合实际工况的顶张力值,保证了隔水管-导管系统的稳定。研究结果可为工程实际应用提供参考。     

TLP平台张力腿干涉分析研究

为验证相邻张力腿在安装阶段和在位阶段是否发生碰撞干涉,需进行张力腿干涉分析。采用FLEXCOM和SHEAR7软件,在考虑VIV效应和尾流效应的情况下,对某油田有4个立柱、每个立柱有2根张力腿的平台进行了安装阶段和在位阶段的干涉分析。结合张力腿海上安装方案,选取张力腿T8和T1、T2和T3完成绑扎布置之后处于自由站立状态作为典型工况进行分析,结果表明,此张力腿布置满足施工和在位干涉分析要求。最后指出,在设计过程中,如果张力腿发生干涉现象,可通过调整临时浮筒尺寸、绑扎布置或增加扰流装置以降低VIV效应等手段来消除干涉。     

深水张力腿平台的结构形式

通过对三种不同的张力腿平台结构设计形式的分析,明确了各种结构形式的特点,提出了关于张力腿平台结构形式不断优化这一方面的研究发展方向。     

张力腿平台总体尺度规划研究

张力腿平台总体尺度规划研究对我国南海深水油气开发具有重要意义。从平台功能要求、系统设施、总体布置、重量控制、船体和张力腿尺寸设计以及平台总体规划流程等方面阐述了张力腿平台总体尺度规划中需要考虑的基本内容。平台的总体尺度规划是张力腿平台设计中最基础的工作。张力腿平台对整个系统的平衡要求严格,整个系统的布置、尺寸等对重量的变化十分敏感,而且平台对于有效荷载的可调余量非常有限,因此一个有效的初始总体规划至关重要。     

张力腿平台长距离湿拖研究

TLP平台的海上运输、安装均属高技术、高风险、高难度作业,其长距离湿拖则更具挑战性。以流花油田某TLP平台长距离湿拖为例,在给出了适应中国海域TLP平台长距离湿拖设计尝试方案的基础上,计算了TLP平台的拖航力,配置了湿拖资源(包括拖轮选型及配合方式),并对整个运动过程进行了数值分析。模拟计算结果表明,该尝试方案给出的关键设计参数均满足设计要求,可为我国TLP长距离湿拖工程实践提供指导。     

一种张力腿平台的陆地顶升滑移合拢方法

张力腿平台(TLP)是深海油气开发的关键设备之一,主要适用于300m~1 500m水深的油气田开发。经过30多年的发展,TLP平台技术逐渐成熟,但目前中国还没有1座TLP平台,而随着油气勘探开发逐渐向南海推进,TLP平台作为一种优秀的深水平台型式将在我国深海油气开发工程中得到广泛地应用和发展。依托南海流花油田的前期开发研究,对TLP平台陆地顶升、滑移合拢的方法进行介绍,对后期TLP平台及半潜式平台陆地合拢方法的选取具有较高的参考价值。     

张力腿平台拖航阻力分析及试验研究

以流花16-2张力腿平台工程前端设计方案为例,TLP平台拖航具有浮体结构形式特殊、深吃水拖航、拖航距离长等特点,对其拖航阻力计算分别采用规范经验公式、数值模拟方法和风洞试验方法进行了对比分析,为平台拖航确定合适的拖带船只提供了准确依据,并得出对于张力腿平台拖航阻力预报宜采用数值模拟分析方法的结论。研究结果可为南海今后TLP平台拖航方案设计提供参考。