【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.38
【部分圖文】：

1第1章緒論1.1課題的背景和研究意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對能源的需求也日益增強(qiáng)，能源短缺加速了各個國家對能源的開發(fā)和探索。根據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(CPCIA)發(fā)布的年度報告，中國在2016年度平均每天消耗原油1150萬桶，而國內(nèi)日產(chǎn)量僅為400萬桶，石油供應(yīng)大幅度依賴國際市場進(jìn)口，供給類型較為單一[1]。近年來，海洋因其所蘊(yùn)藏的巨大能源潛力受到了關(guān)注。隨著陸上能源逐漸枯竭及能源可持續(xù)發(fā)展的需要，探索開發(fā)海洋能源成為了當(dāng)今時代發(fā)展的重要課題。我國海洋所蘊(yùn)藏的油氣資源儲量與陸地相當(dāng)，探明率僅為24.2%，且探明區(qū)域中接近四分之三蘊(yùn)藏于水下500m以下，開采難度遠(yuǎn)高于世界平均水平[2]。由此可見，在有“第二個波斯灣”之稱的南海海域，將承擔(dān)著我國未來海洋油氣開發(fā)的重任。圖1.1我國南海洋油氣資源分布從1896年亨利·威廉姆斯在加利福尼亞的薩默菲爾德海岸在棧橋上開采石油開始，海洋油氣工業(yè)發(fā)展至今已經(jīng)有120年的歷史[3]。當(dāng)今，海洋平臺已經(jīng)成為海上油氣開采的重要形式，其工作水深在30m至3000m之間，覆蓋了海洋油氣鉆探、生產(chǎn)、存儲及運(yùn)輸?shù)娜^程[4]。海洋平臺種類眾多，其中在500m至1500m的深水區(qū)域主要使用張力腿平臺和SPAR平臺。由于張力腿平臺優(yōu)異的動態(tài)特性適用于南海海況，因此對張力腿平臺的深入研究有很強(qiáng)的實際需求[5]。張力腿平臺采用典型的順應(yīng)式浮動結(jié)構(gòu)，通過若干條張力筋腱將平臺與海底樁基相連接[6]。筋腱連接器作為連接部位的核心部件，具有快速安裝、柔性連接、承載能力強(qiáng)哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文2的特點(diǎn)，而我國暫無相關(guān)研究，因此，設(shè)計一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的張力腿平臺筋腱連接器對張力腿平臺的整體研發(fā)、打破技術(shù)壟斷及開發(fā)南海油氣具有重要的價值和意義。1.2張力腿平臺概況1.2.1張力腿平臺的組成張力腿平臺的概念是由浮動式平臺的修改和組合而成，通過自身浮力支撐平臺本體產(chǎn)生遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重的浮力，浮力抵消自重后的剩余浮力與筋腱預(yù)張力平衡[7]。預(yù)張力作用在垂直張力腿系統(tǒng)上，使張力腿時刻處于受張拉的繃緊狀態(tài)。這種受力狀態(tài)使得平臺的橫堯縱搖和垂蕩近于剛性，而平面內(nèi)運(yùn)動橫蕩、縱蕩和首搖則顯示出柔性，張力腿平臺在各個自由度上的運(yùn)動固有周期都遠(yuǎn)離常見的海洋能量集中頻帶。通常張力腿平臺縱向擺動頻率為0.25~0.5Hz，橫向運(yùn)動頻率為0.01~0.005Hz，整個張力腿平臺結(jié)構(gòu)的固有頻率在海浪一階頻率的兩端，避免了平臺和海浪發(fā)生共振，使平臺具有更好的穩(wěn)定性及動態(tài)特性[8]。張力腿平臺通過自身的結(jié)構(gòu)形式，張力腿平臺通常由以下五部分組成，分別是平臺上體（Topside）、立柱（Column）、下體浮箱（Pontoon）、張力筋腱系泊系統(tǒng)（Tendon）和錨固基礎(chǔ)（PileFoundation），如圖1.2所示。前三個部分合稱為平臺本體，位于水面線附近，錨固基礎(chǔ)位于海底泥線附近，兩者通過張力筋腱系泊系統(tǒng)連接[9-10]。立柱下體浮箱張力腿系泊系統(tǒng)錨固基礎(chǔ)平臺上體立管海底井口圖1.2張力腿平臺總體示意圖張力腿平臺中每個部分對應(yīng)的結(jié)構(gòu)和功能詳述如下：（1）平臺上體：張力腿平臺甲板以上的部分，擔(dān)負(fù)平臺的生產(chǎn)與生活功能，設(shè)有鉆井、發(fā)電、直升機(jī)平臺及生活中心等區(qū)域。平臺中部安裝有濕式、干式或干濕組合式采油樹，配合浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置（FPSO）或外輸管道完成采油作業(yè)[11]。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4種各樣的家族成員[17]。根據(jù)其結(jié)構(gòu)布置形式，張力腿平臺誕生以來經(jīng)歷了兩個階段的更替迭代。第一代張力腿平臺為傳統(tǒng)大型平臺，如圖1.3（a），平臺上體通過四根立柱分布在矩形平面四角，具有干式采油樹和完整的鉆井、生產(chǎn)系統(tǒng)。Hutton、Auger、Ram等張力腿平臺均采用了該設(shè)計，適用水深在500ft（約合152m，Hutton平臺）至2860ft（約合872m，Auger平臺）。這種設(shè)計由于平臺自重較重，浮力較少，對使用水深有一定限制[18]。20世紀(jì)90年代后，張力腿平臺在結(jié)構(gòu)形式上有了很大的改變，衍生出Seastar、MOSES、ETLP等平臺形式，如圖1.4（b）~（d）。與傳統(tǒng)張力腿平臺相比，他們在優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)、提高平臺運(yùn)動性能方面有更積極的探索，其結(jié)構(gòu)方案分別已經(jīng)應(yīng)用到Morpeth、Prince、KizombaA等張力腿平臺上。（a）Ram，傳統(tǒng)型張力腿平臺（b）Morpeth，Seastar型張力腿平臺（c）Prince，MOSES型張力腿平臺（d）KizombaA，ETLP型張力腿平臺圖1.3現(xiàn)役張力腿平臺外觀圖1.3張力腿平臺筋腱連接器概況1.3.1張力腿平臺筋腱連接器的組成張力筋腱系泊系統(tǒng)是以系泊張力腿平臺為目的，連接張力腿平臺本體和錨固基礎(chǔ)的一個系統(tǒng)組件[19]。筋腱系統(tǒng)主要包括筋腱單元、筋腱接頭與筋腱連接器，如圖1.4所示。
【參考文獻(xiàn)】

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