半潜式平台deckbox的整体提升安装分析
摘 要摘 要本文目的是探索出半潜式平台DeckBox的整体提升安装作为一种新型的海工合拢方式所具有的一些相对于传统合拢方式所不具有的优势，以便分析出什么类型的船厂在运用此种合拢方式能提高船厂的工作效率，进而提高船厂的经济效益。本文首先通过对国内外目前几种合拢方式的比较，包括分模块合拢方式、大型吊机设备合拢方式、浮式水上合拢方式以及整体提升安装方式，先从总体上分析各种合拢方式的优缺点，探讨出哪种合拢方式在经济效益上适合哪些类型的船厂。此外，本文还具体分析半潜式平台DeckBox的整体提升安装的各工艺流程，包括DeckBox提升总体设计，DeckBox载荷分析，塔架建造及安装，提升工艺设计，提升操作，并用有限元分析软件对局部节点进行了应力及位移变形分析，从而从总体分析整体提升安装的各工艺流程。最后，本文先对整个论文的工作做了总结及其展望，并针对该整体提升工艺的不足，提出一些建议及改进，以便提高以后再用类似工艺的工作效率，从而提高该合拢方式的经济效益。关键词：半潜式平台；DeckBox整体提升；工艺流程；有限元分析 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 半潜式平台整体提升安装分析 4
2.1 总体工艺流程 4
2.2 DeckBox提升总体设计 4
2.2.1 半潜式平台分析 4
2.2.2 船厂资源概述 5
2.2.3 半潜式平台合拢方式分析 5
2.3 DeckBox载荷分析 6
2.3.1 DeckBox分析及吊点布置 6
2.3.1.1 吊点布置原则 6
2.3.1.2 吊点的实际布置 6
2.3.2 提升吊点的设计验算 7
2.3.2.1 内塔架吊点验算 7
2.3.2.2 外塔架吊点验算 10
2.4 提升塔架设计及分析 14
2.5 塔架建造及安装 14
2.6 提升工艺设计 15
2.6.1 提升流程概述 15
2.6.2 液压同步提升施工技术特点
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
布置 6
2.3.2 提升吊点的设计验算 7
2.3.2.1 内塔架吊点验算 7
2.3.2.2 外塔架吊点验算 10
2.4 提升塔架设计及分析 14
2.5 塔架建造及安装 14
2.6 提升工艺设计 15
2.6.1 提升流程概述 15
2.6.2 液压同步提升施工技术特点 15
2.6.3 液压提升原理 15
2.6.4 进坞 18
2.6.4.1 进坞前的准备 18
2.6.4.2 进坞具体工艺流程 18
2.7 提升操作 19
2.7.1 Pontoon滑移概述 19
2.7.1.1 液压滑移工作原理及流程 19
2.7.2.2 滑移坞底承载力验算 19
2.7.2 DeckBox与Pontoon合拢 20
2.7.2.1 DeckBox与Pontoon合拢焊接顺序 20
2.7.2.2 大合拢精度控制 21
第三章 局部节点强度有限元分析 22
3.1 局部节点强度概述 22
3.2 顶部提升节点局部强度分析 22
3.2.1 承力环外形概述 22
3.2.2 承力环建模 22
3.2.2.1 单元选择及简述 22
3.2.2.2 材料物理性质及单位 24
3.2.2.3 网格划分 24
3.2.2.4 边界条件及施加载荷 24
3.2.2.5 结果分析 24
3.3 本章小结 26
结论 27
1、主要内容及结论 27
2、展望 28
致 谢 30
参考文献 31
附 录 34
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
广袤的海洋中蕴藏有各种各样的自然资源，包括海洋生物资源，海洋矿产资源，海水波浪潮汐能等。此外，海洋中的油气资源储量也非常丰富,占据了全球的一大半。当今，随着全球人口的剧增、陆地环境的恶化以及油气资源的枯竭等问题的日益突出,人类逐渐把竞争的目光投向蕴藏着丰富资源的海洋。现阶段从全世界来看，海洋石油，天然气每年的产量约占总产量的三分之一，而且随着社会的持续稳定发展这一比例还会继续升高[1]。而对我国来说，由于高度发展的信息化与工业化使人们对燃料，油气资源的需求量也在日益增大。但我国每年实际开采的石油，天然气量实在很少，很难满足国内日益增长的需求，所以现阶段我国的石油，天然气等资源主要还是大量靠从国外进口，而且石油对国家的军事力量至关重要[2]。因此，对我国来说不论是从经济角度还是从军事角度，提高海洋工程及其装备的力量尤其重要。现今，开发海洋油气资源的工具，海洋平台也正在迅速发展，从最初的近海平台到现今的大型深海平台，海洋平台也走向深水化。而随着水深的增加，此前的坐底式平台，导管架平台以及自升式平台等平台由于自重的增加而导致成本的大幅度增加而使开发海洋石油资源的经济效益降低，从而使半潜式平台，张力腿平台等深海钻井平台日益成为现今开发海洋石油平台的热点[3]。
半潜式海洋平台主要由上部平台甲板(Deckbox)、立柱(Column)、下浮体(Pontoon)以及立柱之间或浮箱之间的横撑(Brace)组成。上部甲板是人员居住、布置设备和日常生活工作的主要场所,当半潜式平台作钻探平台使用时，甲板中间开有月池(也有中间不开孔的半潜平台通常作为生活平台使用)。为了减轻波浪荷载对平台的冲击破坏，甲板要高出水面一些。立柱是用于连接甲板和下浮体的结构,内部可设置锚链舱等[4]。其剖面一般为小水线面,当平台作业时,下浮体（Pontoon）和部分立柱（Column）沉入水中,吃水线处小水线面的性质大大降低了环境荷载,如波浪对平台的作用,同时立柱与立柱之间的布置也相隔一定的距离,以此来保证平台具有较高的稳性。下浮体提供平台正常工作所需的浮力,它的内部可以划分成各种舱室,用于装载油、压载水等,压载舱的设置可以使得平台在工作时具有更好的浮态[5]。半潜式平台相对于其他类型的平台(如坐底式平台、自升式平台、张力腿式平台等)在中深海水域具有很多优势。例如半潜式平台在波浪中运动相应小、对水深敏感性低、钻井作业稳定，移动定位方便，支持远距离作业，具备钻井、储油、卸载多种功能，同时可以采用模块、分段建造，项目灵活等优点。因此，随着海洋油气开发的深水化，半潜式平台具有良好的应用发展前景[6]。
由于船企的设施条件包括最大起吊能力，是否在基础上布置有预埋件等以及平台种类不同，所以平台合拢方式也有所差异[7]。几种常见的合拢方式主要包括有：分模块合拢方式、大型吊机设备整体吊装合拢方式、浮式水上合拢方式以及平台整体提升合拢方式。相比其它合拢方式，整体提升这种合拢方式极大的利用了现有资源和设备，在不新增加设备的情况下很好的完成了合拢工作，对像一些资源条件受限制的船企提供了很好的借鉴方式。此外这种合拢方式还具有其它的优势，比如对起重设备的要求低，极大的节省了设备成本而且方式灵活、安全性高、生产效率比较高等，因此，对某类船厂而言此种合拢方式具有良好的应用推广前景。
1.2 国内外研究现状
半潜式平台相比坐底式平台、导管架平台、自升式平台等近海钻探平台。不仅工作水深比较大，而且由于立柱的小水线面使得平台的抗风浪能力比较强，可以钻探还可以储油，是比较先进的深海钻探平台。世界上首座半潜式平台诞生于上世纪60年代中后期, 以三立柱结构的Ocean Driller为典型的第一代半潜式平台代表，它由坐底式平台演变而来的，采用锚泊定位，作业水深在100m左右,这个时期的平台不仅在平台结构布局上不太合理，而且设备工作效率很低[8]。上世纪7 0年代出现的第二代半潜平台在作业水深上有所提高，作业水深在180至600米,仍旧采用锚泊定位,平台上自动化程度还是不高。过后80年代出现的第三代半潜平台作业水深为450至1500米,自动化程度不高,但是结构较为合理。由于，此时的建造技术已经比较成熟，所以该类半潜式平台的建造数目是比较多的。第四代半潜平台出现在上世纪90年代末,主要以Jack Bates半潜式平台为代表。它的作业水深为1000至2000米，锚泊定位为主，设备能力与甲板可变载荷都有提高。本世纪初出现了作业水深达到1800至3600米的第五代半潜平台，作业水深和钻井能力都在显著增大。定位上以锚泊定位为辅,动力定位为主，因而能适应比较恶劣的海洋环境。至半
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 半潜式平台整体提升安装分析 4
2.1 总体工艺流程 4
2.2 DeckBox提升总体设计 4
2.2.1 半潜式平台分析 4
2.2.2 船厂资源概述 5
2.2.3 半潜式平台合拢方式分析 5
2.3 DeckBox载荷分析 6
2.3.1 DeckBox分析及吊点布置 6
2.3.1.1 吊点布置原则 6
2.3.1.2 吊点的实际布置 6
2.3.2 提升吊点的设计验算 7
2.3.2.1 内塔架吊点验算 7
2.3.2.2 外塔架吊点验算 10
2.4 提升塔架设计及分析 14
2.5 塔架建造及安装 14
2.6 提升工艺设计 15
2.6.1 提升流程概述 15
2.6.2 液压同步提升施工技术特点
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
布置 6
2.3.2 提升吊点的设计验算 7
2.3.2.1 内塔架吊点验算 7
2.3.2.2 外塔架吊点验算 10
2.4 提升塔架设计及分析 14
2.5 塔架建造及安装 14
2.6 提升工艺设计 15
2.6.1 提升流程概述 15
2.6.2 液压同步提升施工技术特点 15
2.6.3 液压提升原理 15
2.6.4 进坞 18
2.6.4.1 进坞前的准备 18
2.6.4.2 进坞具体工艺流程 18
2.7 提升操作 19
2.7.1 Pontoon滑移概述 19
2.7.1.1 液压滑移工作原理及流程 19
2.7.2.2 滑移坞底承载力验算 19
2.7.2 DeckBox与Pontoon合拢 20
2.7.2.1 DeckBox与Pontoon合拢焊接顺序 20
2.7.2.2 大合拢精度控制 21
第三章 局部节点强度有限元分析 22
3.1 局部节点强度概述 22
3.2 顶部提升节点局部强度分析 22
3.2.1 承力环外形概述 22
3.2.2 承力环建模 22
3.2.2.1 单元选择及简述 22
3.2.2.2 材料物理性质及单位 24
3.2.2.3 网格划分 24
3.2.2.4 边界条件及施加载荷 24
3.2.2.5 结果分析 24
3.3 本章小结 26
结论 27
1、主要内容及结论 27
2、展望 28
致 谢 30
参考文献 31
附 录 34
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
广袤的海洋中蕴藏有各种各样的自然资源，包括海洋生物资源，海洋矿产资源，海水波浪潮汐能等。此外，海洋中的油气资源储量也非常丰富,占据了全球的一大半。当今，随着全球人口的剧增、陆地环境的恶化以及油气资源的枯竭等问题的日益突出,人类逐渐把竞争的目光投向蕴藏着丰富资源的海洋。现阶段从全世界来看，海洋石油，天然气每年的产量约占总产量的三分之一，而且随着社会的持续稳定发展这一比例还会继续升高[1]。而对我国来说，由于高度发展的信息化与工业化使人们对燃料，油气资源的需求量也在日益增大。但我国每年实际开采的石油，天然气量实在很少，很难满足国内日益增长的需求，所以现阶段我国的石油，天然气等资源主要还是大量靠从国外进口，而且石油对国家的军事力量至关重要[2]。因此，对我国来说不论是从经济角度还是从军事角度，提高海洋工程及其装备的力量尤其重要。现今，开发海洋油气资源的工具，海洋平台也正在迅速发展，从最初的近海平台到现今的大型深海平台，海洋平台也走向深水化。而随着水深的增加，此前的坐底式平台，导管架平台以及自升式平台等平台由于自重的增加而导致成本的大幅度增加而使开发海洋石油资源的经济效益降低，从而使半潜式平台，张力腿平台等深海钻井平台日益成为现今开发海洋石油平台的热点[3]。
半潜式海洋平台主要由上部平台甲板(Deckbox)、立柱(Column)、下浮体(Pontoon)以及立柱之间或浮箱之间的横撑(Brace)组成。上部甲板是人员居住、布置设备和日常生活工作的主要场所,当半潜式平台作钻探平台使用时，甲板中间开有月池(也有中间不开孔的半潜平台通常作为生活平台使用)。为了减轻波浪荷载对平台的冲击破坏，甲板要高出水面一些。立柱是用于连接甲板和下浮体的结构,内部可设置锚链舱等[4]。其剖面一般为小水线面,当平台作业时,下浮体（Pontoon）和部分立柱（Column）沉入水中,吃水线处小水线面的性质大大降低了环境荷载,如波浪对平台的作用,同时立柱与立柱之间的布置也相隔一定的距离,以此来保证平台具有较高的稳性。下浮体提供平台正常工作所需的浮力,它的内部可以划分成各种舱室,用于装载油、压载水等,压载舱的设置可以使得平台在工作时具有更好的浮态[5]。半潜式平台相对于其他类型的平台(如坐底式平台、自升式平台、张力腿式平台等)在中深海水域具有很多优势。例如半潜式平台在波浪中运动相应小、对水深敏感性低、钻井作业稳定，移动定位方便，支持远距离作业，具备钻井、储油、卸载多种功能，同时可以采用模块、分段建造，项目灵活等优点。因此，随着海洋油气开发的深水化，半潜式平台具有良好的应用发展前景[6]。
由于船企的设施条件包括最大起吊能力，是否在基础上布置有预埋件等以及平台种类不同，所以平台合拢方式也有所差异[7]。几种常见的合拢方式主要包括有：分模块合拢方式、大型吊机设备整体吊装合拢方式、浮式水上合拢方式以及平台整体提升合拢方式。相比其它合拢方式，整体提升这种合拢方式极大的利用了现有资源和设备，在不新增加设备的情况下很好的完成了合拢工作，对像一些资源条件受限制的船企提供了很好的借鉴方式。此外这种合拢方式还具有其它的优势，比如对起重设备的要求低，极大的节省了设备成本而且方式灵活、安全性高、生产效率比较高等，因此，对某类船厂而言此种合拢方式具有良好的应用推广前景。
1.2 国内外研究现状
半潜式平台相比坐底式平台、导管架平台、自升式平台等近海钻探平台。不仅工作水深比较大，而且由于立柱的小水线面使得平台的抗风浪能力比较强，可以钻探还可以储油，是比较先进的深海钻探平台。世界上首座半潜式平台诞生于上世纪60年代中后期, 以三立柱结构的Ocean Driller为典型的第一代半潜式平台代表，它由坐底式平台演变而来的，采用锚泊定位，作业水深在100m左右,这个时期的平台不仅在平台结构布局上不太合理，而且设备工作效率很低[8]。上世纪7 0年代出现的第二代半潜平台在作业水深上有所提高，作业水深在180至600米,仍旧采用锚泊定位,平台上自动化程度还是不高。过后80年代出现的第三代半潜平台作业水深为450至1500米,自动化程度不高,但是结构较为合理。由于，此时的建造技术已经比较成熟，所以该类半潜式平台的建造数目是比较多的。第四代半潜平台出现在上世纪90年代末,主要以Jack Bates半潜式平台为代表。它的作业水深为1000至2000米，锚泊定位为主，设备能力与甲板可变载荷都有提高。本世纪初出现了作业水深达到1800至3600米的第五代半潜平台，作业水深和钻井能力都在显著增大。定位上以锚泊定位为辅,动力定位为主，因而能适应比较恶劣的海洋环境。至半
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