半潜式钻井平台的结构特点和工作原理

半潜式钻井平台由上壳体(上部平台)、立柱、下壳体(下部浮体)或柱靴以及撑杆和重要节点组成。

上壳体是上部平台结构,可为整个作业提供作业场地,布置生产和生活设施,方便了对整体进行操作;立柱是连接上壳体和下壳体(或柱靴)的柱形结构,一般为大直径立柱,以保证平台稳性。立柱多为圆形,也有方形立柱;下壳体是与几个立体相连的连续浮体,而柱靴是与单个立柱相连的独立浮体。下壳体和柱靴都是半潜式平台的下部浮体结构,用于提供浮力,设有压载水舱,可以通过排水使平台上浮。撑杆结构是将平台各主体结构连接成一个结构整体的连接构件,一般多为圆管状构件,撑杆可使整个平台形成空间结构,可把各种载荷传递到平台主要结构上,并可以对风、浪或其他不平衡载荷进行有效而合理的分布。

撑杆作为半潜式平台的主要构件,按其所处的位置又分为水平撑杆、垂向撑杆和空间撑杆等。为保护平台安全,要求在任何一根撑杆失效后,均不会导致平台结构总体坍塌,余下的各构件中所计算出的最大应力均应小于所规定的许用应力。重要节点是半潜式平台的关键构件,半潜式平台节点较多,节点的形式也很多,如箱形节点、扩散型节点、球形节点、圆鼓形节点、加强型节点等,撑杆与上部平台、下壳体和立柱之间接头均构成重要节点。

半潜式平台是属于浮动型的移动式平台,它也是柱稳式平台,其稳性主要靠稳性立柱的支撑。半潜式平台是用数个具有浮力的立柱将上壳体连接到下壳体或柱靴上,并由其浮力支持的平台。其在深水半潜作业时,下壳体或柱靴潜入水中,立柱局部潜入水中;为半潜状态浅水坐底作业时,下壳体或柱靴坐在海底为坐底状态。

半潜式平台用稳定大立柱和立柱大间距原理增加稳性,当半潜式平台处于半潜状态时,立柱的水线面积为其主水线面积,水线面积虽然不大,但是立柱间距大导致平台的惯性矩较大,极大地增加了半潜平台的初稳性高度,使其比浮船式平台惯性矩大得多。该类型平台为了减小平台的波浪力从而采用半潜原理,它将大体积的下壳体或柱靴潜到水下一定深度,从而使波浪力大大减小,避开了海面波浪作用区,因此它比浮船式平台浮在海面所受的波浪力小得多。

半潜式平台利用外力互相抑制原理抑制平台运动。为使半潜平台所受外力互相抵消一部分,其合理地选择平台立柱横向和纵向间距,从而使平台运动减小。例如对于两个下壳体、左右两排立柱的半潜式平台,当立柱横向间距设计为波浪的半波长奇数倍时,作用在平台左右两边的立柱、下壳体的波浪惯性力大小相等,方向相反,互相平衡,使平台运动减小。当波峰位于平台中心线时,左右两边的立柱、下壳体同时受到向外的劈力,其力的方向相反,大小相等,互相平衡;反之,若波谷位于平台中心线时,左右两边的立柱、下壳体同时受到外力的挤压力,也互相平衡。当波长等于立柱横向间距,波峰位于左右两边的立柱上时,立柱所增加的向上浮力,可以抵消一部分,使平台运动减小;反之,当波谷位于左右两侧立柱时,也产生相同效果。

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