聊聊半潜生产平台的主尺度设计

半潜钻井平台与半潜生产平台主要形式的比较谈到半潜平台，可能多数人会立即想到海洋石油981（HYSY981）。...

谈到半潜平台，可能多数人会立即想到海洋石油981（HYSY981）。相对而言半潜钻井平台应用的比较早，早期乃至现在，很多半潜生产平台都由半潜钻井平台改装而来。 1986年第一座专门设计直接用于油气生产的半潜式生产平台Balmoral FPV在北海的Balmoral油田投产。该平台采用GVA5000设计，四根圆形立柱、两个浮箱、两个横撑、厢式甲板设计。从构型来说当前主流的半潜钻井平台形式是四立柱，双浮箱，立柱横撑、厢式甲板。



1995年第一座混凝土结构的半潜式平台Troll B在北海Troll West油田投产，该平台由Kvaerner设计，平台主体由钢筋混凝土建造而成，平台形式为四立柱、环形浮箱、单层甲板。其作业排水量高达18万吨，到目前为止仍然是世界上最大的半潜式生产平台。Troll B定义了半潜生产平台的基本形式，即：

四立柱，环形浮箱。

半潜生产平台的主尺度设计（Sizing）本质上是求多目标最优解范围的过程。主要的两大主要限制条件是：

1. 运动性能
2. 安装要求

半潜生产平台的运动性能需要满足SCR的设计要求。半潜平台的升沉运动可以通过三个方面进行控制：

1.平台吃水，主要影响升沉RAO的波频小峰；

2.浮箱/立柱吃水比，主要影响消灭周期（或者称为平衡周期）；

3.立柱截面面积，主要影响固有周期。一般而言，平台升沉RAO的波频小峰要跨域波浪谱的主要能量，消灭周期在波浪谱主要能量范围之外，固有周期大于谱峰周期。

平台横纵摇运动主要依赖于立柱间距。较大的立柱间距能够实现较好的稳性，但稳性过于好会拉低横纵摇的固有周期，因而较大的稳性并不利于平台运动性能的改善和组块结构设计。

另外，平台气隙高度也是运动性能的重要考虑参数。为了保证气隙，组块高度较高，对于平台整体的稳性不利。一般而言，平台甲板高度要大于90%的最大波高+1.524m。一般半潜平台在船坞进行建造，总装完成后干拖或者湿拖至作业地点进行系泊系统和立管系统的安装。这就要求平台的浮箱体积不宜过小，否则平台不能顺利通过船坞坞门。一般而言，半潜平台的湿拖过程需要浮箱至少有10%的浮箱高度露出水面，这也同样要求平台的浮箱尺度不能过小。明确平台设计的主要控制参数，需要编制Sizing程序来求得满足要求的平台主尺度。一般Sizing程序要包括以下几个方面：

1. 组块信息。在初始设计阶段，油田生产能力要求确定后组块设备以及重量等信息就能够初步确定，参考一般平台的组块钢结构重量，组块的重量重心能够初步确定。
2. SCR要求。需要能够确定SCR的适应能力范围，以便平台主尺度规划设计。
3. 平台排水量及空船结构重量。根据组块重量，平台的排水量能够初步确定，据此能够初步判断船体结构重量。
4. 搜索计算。这部分需要针对平台排水量、出坞吃水、拖航吃水以及运动性能要求等，对半潜平台进行主尺度选型。这里需要应用切片理论对平台主尺度方案进行快速运动性能计算。

半潜平台的主尺度设计最终给出一系列平台主尺度方案，针对这些方案同其他专业进行对接，以确定最终满足要求的半潜生产平台主尺度方案。

简单说来半潜平台的Sizing基本过程就是这样。相比较而言，半潜平台的Sizing要比FPSO和Spar困难，但比TLP简单。实际工程中平台Sizing做起来要复杂繁琐的多，所以一般的专业设计公司都会有自己内部的Sizing程序。多说一句依据，许多所谓的“主尺度优化设计”都偏离工程实际需要，实际工程中平台方案的确定绝不仅仅是数学上的优化算法那么简单。

另外，平台Sizing程序还应包括结构尺度的设计，也就是Scantling，或者称为结构规范设计。根据平台主尺度方案、环境条件、运动性能等依据规范进行设计压头（Design Heads）的计算，初步完成平台结构设计。好的Scantling让有限元整体结构分析变得简单、次要；不好的Scantling让做有限元的工程师骂娘。

这也是小编在猴年的最后一篇文章，在这里感谢大家一年以来的支持，希望新的一年能够为大家带来更有营养的文章。

祝大家鸡年大吉！

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