海洋工程装备的分类

20.2.2　海洋工程装备的分类

目前，对海洋工程装备的分类尚没有一个统一的分类标准。鉴于海洋油气勘探开发技术通常包括勘探技术、钻井技术、采油技术、生产技术和储运技术。将这些技术按不同的组合方式，在海洋工程结构物上即可形成不同的功能组合，也就形成了不同种类、形式、功能的海洋工程装备。由此，海洋工程装备可以按其结构形式或功能来进行分类。

20.2.2.1　按功能分类

一个生产装置可以有多种功能，如生产、钻井、居住、储油和立管支持等，油藏和流体特征、水深和海洋环境是确定海洋工程装备功能要求的主要条件。

以海洋工程装备的不同功能进行分类，可以将海洋工程装备分为勘探装备、油气钻采生产装置、存储性装备、外输系统、海工工作船（辅助船）、水下工程装备、配套设备等，详细分类如图20.2－7所示。

图20.2－7　海洋工程装备按功能分类图

20.2.2.2　按结构形式分类

移动式海上钻井装置（MODU）的结构形式在很大程度上取决于甲板上的可变载荷和航行速度的要求，从结构形式上可以将海洋工程装备归结为带有底部支撑的结构物和浮式结构物（或者说是移动式结构物）两大类，如图20.2－8所示。带底部支撑的结构物可以是“固定式”结构物，如自升式及重力基础结构物，或“顺应式”结构物，如系索塔、顺应塔等。浮式结构物能自然漂浮，如以半潜式为基础的FPS、船形的FPSO和单柱式平台（SPAR），或主动起浮的，如张力腿平台（TLP）。

图20.2－8　海洋工程结构物分类图

1）带底部支撑的结构物

除重力基础结构物外，带底部支撑结构物一个显著的特点是其结构都是管状钢（Tubular）结构。管状钢结构构成的桁架结构支撑着生产设备的重量，抵御来自波浪、风和水流等环境动载荷。带底部支撑的结构物其最低的自振频率必须高于最高的波浪频率，作为一个刚性体必须具备可以抵抗环境动载荷的能力。“顺应式”底部支撑结构在波浪、风和水流的作用下，平台围绕支点可发生允许范围内某一角度摆动，大幅降低了环境动载荷对结构物本身的影响，通常其最低的自振频率低于波浪频率。

在环境条件比较好的海域，还有一种类型的底部支撑结构物结合了固定式结构物和顺应式结构物的工作特点，正常工作时，是典型的固定式结构物，当侧向风、浪、水流超过设计极限时，将连接到海床上重型锚链的缆绳收紧，把固定的结构转化成为一个旋转顺应式的结构，这样，可以抵御更加恶劣的环境动载荷。

2）浮式结构物

浮式结构物可按不同的顺应程度，分自然漂浮和主动起浮两类。自然漂浮的结构物：如半潜平台、单柱式平台和钻井船及FPSO的运动无限制，允许六个自由度的运动。主动起浮的结构物：如张力腿平台（TLP）、张力浮塔（TBT）或浮力腿结构（BLS）都是系泊至海床，并约束升沉运动。所有这些结构都是刚性结构物，其对环境载荷的响应与系泊系统相关。浮式结构物的主尺度设计主要考虑其浮性和稳定性，上部模块重量对浮式结构物的影响比它对带底部支撑结构物的影响更大。半潜平台和船型结构物依赖其水线面保持稳定性，装置的重心高于浮心，而SPAR平台设计重心是低于其浮心的，因此，它本质上是稳定的。

自然漂浮的浮体结构以六自由度运动系统来对抗外部载荷。主动漂浮的浮式结构物在深水使用大量的约束系统，通过约束系统来对抗外部的力。随着水深的增加，需要考虑平台运动、管线运动和系泊系统运动的综合影响。

与固定式结构物采用管状结构不同，浮式结构物主要采用板架式结构，因此，浮式结构物的建造通常是从建造一个板架的小组立工作开始，其结构制造工艺流程因各企业的生产设施而异，与管状钢结构的固定平台的建造方法大相径庭。

3）带底部支撑结构物和浮式结构物的区别

带底部支撑的结构物和浮式结构物无论在其外观还是在其结构方面都有很大的区别，它们的建造、运输和安装方法、外载荷类型、抵御外载荷的方式、设计工作年限到达后的退役方式和循环再利用等，都具有不同的特点。两者的共同特征是都能提供足够的甲板空间和有效载荷能力，以支撑相关设备和各类可变载荷。带底部支撑的结构物其甲板荷载直接传送到海底之下的基座，因此，通常是细长的钢结构，从海底一直延长到海面以上20～25m。浮式结构物利用其浮体的浮力支撑甲板上的各种载荷。带底部支撑的结构物均采用侧向建造方式，用半潜驳船运输到现场安装，下水和倒放直立并连接到安全的海床或灌浆桩。浮式结构物，除SPAR、TBT和BLS外，都是采取直立建造，采用干拖或湿拖至安装地点，连接到系泊系统或海床。

带底部支撑的结构物需要有足够的浮力（必须大于其自身重量），以保证其在安装过程中可以漂浮。因此，通常是使用小直径管线形成一个空间框架。浮式结构物需要有足够的浮力支持甲板和其他各种系统。因此，通常是使用大直径的加筋圆柱或平面板架。与加筋板架相比，小直径管材容易造成局部失稳或整体屈曲。

浮式结构物对重量控制的要求比固定结构物重要得多，这是因为一旦重量控制达不到要求，可能影响其可变载荷的大小以及整个浮式装置的稳性。而固定式平台在结构强度允许的前提下，适度的超重是允许的，不至于影响固定式平台的作业。

系泊及定位功能是海洋浮式结构物独有的。系泊功能是指提供结构物和海底之间的连接方式以确保结构抵抗环境动载荷的手段。定位功能是指保持结构物在一个特定的位置范围以内，定位功能可通过可调式的系泊缆索或推进器的动力定位系统来实现，或两者兼而有之。

浮式结构物一个独特和典型的特点是可移至另一地点再次利用。退役的固定式结构物需要使用重型起重设备和专门的拆除程序才能拆除其全部或部分。通常情况下（自升式平台除外），这种结构要么作为废钢处理，要么经过改造重新使用，因此，在项目开发的评估过程中必须考虑未来的退役费用。