自升式平台布置和结构形式

时间：2022-11-05 百科知识版权反馈

【摘要】：根据数据统计，自升式平台在迁移工况下发生事故受损的概率是作业工况下的6倍，这是由于迁移时桩腿全部升起时导致平台的重心过高造成的。自升式平台的钻井架一般安置在平台一侧、能来回移动的悬臂梁上，以保证钻井的准确位置。大型悬臂梁结构可以使自升式平台远离固定式平台进行定位，但也将承受更大的风载荷，在悬臂梁伸出主船体的状态下，由于重心的偏移，将使前桩腿承受更大的载荷。

20.7.1　自升式平台布置和结构形式

自升式平台是一座具有水密箱型平台主体、桩腿和升降系统（平台主体内）的海洋工程结构物（见图20.7－2）。

图20.7－2　自升式平台的主要组成结构图

1）平台主体

位于平台上部的平台主体主要提供生产和生活场所，并能在拖航时提供浮力。自升式平台主体的平面形状一般有三角形、矩形和五角形等，见图20.7－3。自升式平台主体结构与船体结构很相似，主体各层甲板、底部与舱壁都由板架组成。较大的自升式平台主体设计将提供更好的稳性、更高的强度以及更大的作业空间，但也会带来重量、风载荷的增加及拖航时配备的拖轮马力需增加等一系列问题；尤其对于三桩腿的自升式平台，风载荷的增加要求平台主体设计有更大的预压载舱。

图20.7－3　平台主体的平面形状

2）桩腿

根据不同的平台主体平面形状，桩腿可选取三桩腿或四桩腿的布置。桩腿结构形式有圆筒形壳体结构和桁架式结构（如图20.7－4所示），桩腿长度通常在100～200m之间。自升式平台被设计用于在水深较大的区域（超过75m）作业时，通常选用桁架式桩腿。

图20.7－4　壳体式桩腿和桁架式桩腿

当海底地层条件比较复杂，或当三桩腿不能满足平台升降要求时可用四桩腿；当三桩腿的刚性满足不了要求，为增大刚性、减少平台侧向位移时也可采用四桩腿。

当海况条件良好时（通常指波浪和涌浪的幅值低于1m），自升式平台通过升降系统下降桩腿至海底，使主船体升离水面到达指定高度。桩腿桩靴系统在重力作用下插入海底地基中，确保自升式平台稳固站立于海底，以提供稳定的作业区域。由于自升式平台的作业稳定性依靠海底地基的支承力，因此，在初抵作业海域时，将通过调整预压载来模拟桩腿将承受的最大载荷，确保海底地基在自升式平台经历极端工况时，能够提供足够的支承。

平台迁移时，将桩腿升起，采用干拖或湿拖的方法移位：干拖时，由半潜驳船托起自升式平台的主体进行移位；湿拖时，由自升式平台的箱型主体提供浮力，漂浮于水上，在拖轮拖带下移位。根据数据统计，自升式平台在迁移工况下发生事故受损的概率是作业工况下的6倍，这是由于迁移时桩腿全部升起时导致平台的重心过高造成的。

桩腿的作用是支撑平台在海上作业，并将平台所承受的全部载荷传递到海底。桩腿一般要承担及传递轴向及水平载荷、弯曲力矩及升降过程中的局部载荷。按桩靴与桩腿结合形式，桩腿结构有独立式桩腿（有独立的桩靴）、沉垫式桩腿（与桩靴联成一体），也有结合式桩腿。每种桩腿都布置有驱动升降装置所需要的齿轮齿条或销孔，分别视升降机构的不同进行配置。

大型圆柱式桩腿或具有大尺度弦杆的桁架式桩腿，刚度更好，但也会使重量明显增加，减少了可变载荷以及拖航状态下的整体稳性；若桁架式桩腿弦杆的间距增加，连接的撑杆长度也将增加，这将降低撑杆的屈曲强度，并增大风、浪、流的作用力。

桩腿间距的增大可以减小风暴冲击下的桩腿间的相互影响，在假定的桩腿侧滑状态或预压载快速穿刺状态下有助于减小主体提供的浮力、释放桩腿载荷前的水平偏转角度，但也无疑会增大自升式平台主体的尺度和重量。

桩腿长度的增加可以增大作业水深及插桩深度，并可提供更大的气隙，使作业更灵活，但也将增加风载荷、降低平台整体稳性、增加拖航时的惯性载荷。

桁架式桩腿撑杆直径的增加将提高桩腿承受横向载荷的能力，但由于阻力的增加会导致所受的风、浪、流载荷增加；桁架式桩腿采用壁厚较薄的大直径弦杆，有利于承受压载荷以及作用于桩腿的局部弯矩，但当撑竿载荷达到较高水平时，弦杆易发生局部失效。

3）桩靴

为适应海底地貌和土质的不同情况，桩腿下端的支撑形式可设计成桩靴结构或整体沉垫结构。桩靴的形式较多，可以按需设计成适合软硬地基的桩靴。桩靴尺寸的增加可以降低地基的承压力，从而减小穿刺的可能性；同时，大型桩靴将使得平台主体上的围阱开口增大，降低自升式平台的漂浮稳性以及快速穿刺状态下的主船体浮力。某自升式平台的桩靴外形尺寸如图20.7－5所示。