[发明专利]一种串联多浮筒的刚性钢管张力筋腱定位系统

说明书

技术领域

本发明属于深海工程装备制造领域，涉及一种张力腿平台(TLP)串联多浮筒的刚性钢管张力筋腱定位系统及其安装方法。

背景技术

随着全球能源需求量的不断增加，越来越多的深水以及超深水油气资源被不断勘探和开发，采用的钻采设备主要是不同类型的浮式平台，其中以张力腿平台、半潜式平台、浮式生产储油轮和柱式平台这四种最为常用。张力腿平台由甲板、立柱、下浮体、张力腿、立管和基础等几部分组成，是一种已经被广泛应用于世界深海油气工程中的半固定半顺应式平台。它通过平行且张紧的竖向张力腿系统与海底相连，保证了平台在纵、横摇和垂荡方向上的良好性能。而平台在纵、横荡和首摇方向上则具有顺应式平台的特征，以很大的惯性力来平衡外荷载，具有较小的运动响应。目前的在役张力腿平台就位水深大多为1000米以内，当平台就位水深更深、环境条件更恶劣时，平台纵、横荡及垂荡方向的运动就很难再满足生产的要求，这在很大程度上限制了张力腿平台在更深海域的应用。

张力筋腱系统是张力腿平台中最重要的子结构，其作用是为平台主体提供半刚性的顺应式约束，并最终将平台整体承受的荷载传递至海底锚固基础。同时，张力筋腱也是在张力腿平台生产过程中最易出现损伤和异常的子结构，疲劳、过载、导流罩破裂、锈蚀、应力松弛及锚头损坏等原因都将导致张力筋腱系统的损伤或异常。此外，随着工作水深的不断增加，上述原因引起的损伤会不断积累，并有可能对平台安全造成不可逆转的破坏，从而引发灾难性事故。

现有张力腿平台的张力筋腱系统主要有依据中性浮力理论设计的刚性钢管张力筋腱和多浮子式柔性钢缆张力筋腱两种，它们在超深水域均存在偏移量过大等不利现象，使得其就位水深一般需控制在1000米以下；如何应对更深海域的需求，设计更加安全可靠、经济合理的约束定位系统是张力腿平台走向超深水勘探开发遇到的主要问题。

发明内容

本发明针对张力腿平台的上述问题，提供了一种水动力性能良好、可适应超深水域及恶劣海况条件的串联多浮筒的刚性钢管张力筋腱定位系统。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种串联多浮筒的刚性钢管张力筋腱定位系统，该系统包括平台主体、串联在刚性钢管张力筋腱上的多组浮筒和横撑。平台主体外壁上四个角点处布置多个紧固铰接支座与张力筋腱上端铰接，采用铰接方式可以释放浮筒在海流作用下对张力筋腱端部产生的弯曲应力。浮筒侧壁周向边缘预留螺栓孔与横撑一端锚固连接，同一水深位置不同张力筋腱上相邻浮筒之间通过横撑连接。浮筒采用水动力性能良好的空心密闭环形圆柱体结构，采用优质钢板焊接而成；每个浮筒的顶部及底部设有进出水控制阀门，用于调节浮筒的排水量；浮筒上下表面中心处设置卡锁装置，用于固定张力筋腱与浮筒的相对位置。单根刚性张力筋腱沿所述浮筒中轴线贯穿，张力筋腱主体为在不同水深位置串联多组浮筒的刚性钢管，其中钢管按中性浮力设计，每组张力筋腱贯穿相应的多组浮筒，张力筋腱上端通过张紧器与平台主体下端连接，下端与海底基础相连；每组张力筋腱可以是单根钢管，也可以是多根钢管。

本发明的有益效果为：1)在刚性张力筋腱上避开波浪能量集中区域串联多组浮筒，可有效改善传统张力腿平台的运动性能，减小平台的纵横荡及垂荡响应幅度，使得平台可以在更深的勘探开采水域和更恶劣海况下工作；2)由于其浮筒、连接装置等构件结构简单，同时可根据需要进行拆卸和重复利用，较好地控制了张力筋腱结构的建造成本；3)考虑到张力筋腱与浮筒上下表面的连接问题，浮筒宜采用空心密闭环形圆柱体；相比直接采用空心圆柱体在连接处进行焊接或栓接(连接处可能由于疲劳效应造成破坏而漏水)具有安装方便、密闭防水性好等优点；4)分层布置浮筒可提高张力筋腱定位系统的回复刚度，同时减小张力筋腱的涡激振动问题。

附图说明

图1是本发明的串联多浮筒的刚性钢管张力筋腱定位系统示意图；

图2是本发明的浮筒与张力筋腱、横撑连接侧视示意图；

图3是本发明的浮筒与张力筋腱、横撑连接俯视示意图；

图中：1平台主体；2刚性钢管张力筋腱；3浮筒；4横撑；5海底基础；进出水控制阀门6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

如图1、2所示，本发明包括串联在刚性钢管张力筋腱2上的多组浮筒，同一水深下的相邻浮筒之间以横撑4相连；浮筒3采用环形圆柱体结构，在其顶部及底部设有进出水控制阀门6，用于调节浮筒的排水量。