半潜式平台的布置和结构形式

20.6.1　半潜式平台的布置和结构形式

半潜式钻井平台分为平台主体和钻井系统两个主要部分，平台主体为钻井平台提供载体，钻井系统由井架和钻台构成，实现其钻井功能。一艘典型的第六代半潜式钻井平台主体结构，通常包括两个下浮体（Lower Hull）、四个立柱（Column）、两对撑杆（Bracing，也称横撑）以及一个箱形上平台体（Upper Hull），钻台（Drilling Floor）和井架（Derrick）六大部分组成，其中下浮体、立柱和横撑又可以合称为下平台体（Lower Hull），如图20.6－1所示。

图20.6－1　半潜钻井平台组成结构图

1）下浮体结构形式

下浮体主要是为平台提供足够的浮力和专用液舱舱容，以支持平台各作业工况的重量及消耗品等可变载荷。下浮体的长度与立柱的纵向间距相互影响、密不可分。在现有的半潜式平台中，就浮体外型而言有双浮体和环状浮体两类。双浮体是较为传统、惯用的形式，便于拖航时减小阻力。环状浮体是新的发展形式，如2004年建成的深水半潜平台BP SSEDHOSE就采用了环状浮体（Ring pontoon），这一结构形式提高了总强度，增大了平台装载量，但导致航行阻力增大，故在拖航移位时一般置于大型驳船上，即所谓的干拖。可以说，环状浮体是以牺牲平台的移动灵活性换取了较好的运动和结构性能，对于需要经常拖航换位作业的平台并非最佳选择。下浮体一般采用纵骨架式（主要是纵向强度问题），隔一定距离设置强框架。

2）立柱和撑杆结构形式

立柱的作用一是支持甲板、二是为保证平台的稳性而提供足够的水线面积。立柱的数目和撑竿的布置形式则是各种各样的，如图20.6－2所示。立柱数目多有利于结构破损事故时平台的安全性，同时给甲板提供更有力的支持，但平台的造价有所增加。立柱数目的减少会影响甲板的结构重量，但对于平台整体的结构重量和造价趋于有利。立柱破损稳性虽有所降低，但可采取双壳立柱等增加水密舱室以改善破损稳性。立柱的截面形状过去几乎都是圆的，取其流体动力性能较好。但目前已出现了各种多边形截面形状，且以方形带圆角过渡的截面为主，这主要是从简化工艺、降低生产成本等方面考虑的。

图20.6－2　立柱和撑杆的结构形式

立柱的间距和立柱的直径需结合起来考虑，以求获得必要的水线面惯性矩。立柱的纵向间距和横向间距在相当程度上受到甲板面积要求的影响，同时也关系到甲板的跨距等结构问题。

立柱的净高度对运动性能及稳性都有很大的影响。其水下部分高度决定了下浮体的沉没深度，对平台的运动性能影响很大。其水上部分高度通常称之为气隙，也与平台在波浪中的运动有关，决定了上层甲板在作业海域的设计海况下是否上浪，以及相应的结构设计要求。从稳性角度而言，立柱高度应尽可能地减小，但从运动性能而言则相反，如何确定合适的尺度参数满足相互矛盾的各衡准要求就成为设计的关键问题。较为传统的半潜式平台多设12立柱、8立柱，而新一代的半潜式平台广泛采用了6立柱、4立柱。这一发展趋势实现的一个重要原因在于有限元分析技术在海洋平台设计中应用水平的提高。早期的平台设计中应用杆元理论，平台由小尺寸构件组成，因此，需要较多的立柱以满足强度和稳性要求。而目前应用有限元分析技术，立柱和浮体尺寸可充分增大，较少数目的立柱即可满足要求。

3）撑竿的布置形式

撑杆（或称斜拉筋）的作用在于保持平台结构的完整性，其尺寸根据强度要求而确定。撑杆与立柱、甲板的连接点为载荷关键点，容易发生疲劳问题，在设计中应予以充分重视。减少撑杆数量、节点数目，将减少发生疲劳问题的可能性，而对甲板支持的减少则引起甲板结构尺寸、结构重量的相应加大。撑竿的形式有圆形，腰圆形，主要考虑是减少水阻力，具有较好的水动力性能。撑竿的布置形式有水平撑杆和斜撑杆两种：水平撑杆连接立柱和立柱；斜撑杆连接立柱和甲板、下浮体和甲板。

4）上平台体

上平台体采用箱形结构，当平台发生倾斜时，它能提供一定的浮力，平台继续倾斜直至倾覆的可能性大大降低。上平台体的骨架形式一般采用混合骨架形式，纵向往往采用纵骨架式，横向两立柱之间采用横骨架式，这主要是考虑横浪时，两立柱之间存在着被分裂和被挤压的可能，提高了平台体的抗弯强度。甲板的面积和空间要求可参照母型平台资料，根据各种设备、系统的布置、作业要求以及各种消耗品等的存放要求，经过分析得到。为了提高平台的破损稳性，满足规范的有关要求，箱型甲板应该设计为水密的。