摘 要

随着人类对油气资源开发利用的逐渐深化，油气勘探逐渐由陆地转向海洋.作为海上油气开采的主要设备,近年来自升式海洋平台发展尤为迅猛。

以静力学和水动力学理论为基础，本文从海洋平台主尺度的确定、平台主体舱室的划分、平台主甲板总布置及生活区的总布置等方面，介绍了自升式海洋钻井平台的方案设计。除此以外，还完成了静水力的计算、重量重心的估算、完整稳性计算以及站立稳性的计算。整个方案的设计在母型平台资料的基础上进行。通过结合规范要求，查阅大量资料以及多次讨论与分析，最终确定了最佳设计方案和计算方法。

关键词：自升式海洋平台；静力学 ；完整稳性；站立稳性

Abstract

With people more and more exploitation and utilization  to oil and gas resources, the oil and gas exploration has gradually transfered  from land to sea.As the main equipment of offshore oil and gas production，the jack-up platform has developed rapidly in recent years.  
    Based on the theory of statics and dynamics of water ,this paper  introduces the scheme design of the jack-up platform from the determination of the main dimensions of the offshore platform, the division of the main compartment of the platform, the general layout of the platform main deck and the general layout of the living area.Besides,the calculation of static hydraulic, the weight center of gravity estimation, the complete stability calculation and the calculation of the standing stability has been completed in this paper. The whole scheme design is carried out on the basis of the parents platform.After combing with the standards and requirements, consulting large amounts of data and  many discussions and analysis, the optimal design scheme and calculation method has been determined finally.

Key Words： Jack-up Platform; Theory of Statics; Complete Stability;Standing Stability

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 1

第2章 理论基础 3

2.1重量与重心 3

2.1.1 概述 3

2.1.2空平台重量的分析与估算 4

2.1.3重心的估算 4

2.2海洋环境载荷 5

2.2.1概述 5

2.2.2风及风载荷的计算 5

2.2.3波浪与波浪载荷的计算 6

2.2.4海流及流载荷的计算 8

2.3 平台总体性能 9

2.3.1静水力性能 9

2.3.2完整稳性 11

2.3.3站立稳性 12

第3章 自升式钻井平台方案设计 15

3.1平台形式 15

3. 2平台主尺度及主要要素的确定 15

3. 3舱室划分 21

3. 4总布置 22

第4章 自升式钻井平台稳性校核 23

4.1完整稳性计算 23

4.1.1建立坐标系 23

4.1.2 完整稳性计算工况 23

4.1.3完整稳性一般准则 24

4.1.4完整稳性计算 24

4.2站立稳性校核 28

4.2.1 抗倾稳性 28

4.2.2 抗滑稳性 31

第5章 总结 33

致谢 34

参考文献 35

第1章 绪论

1.1 引言

人类对油气等资源的需求逐渐增大，陆上资源变得越来越稀缺，所以越来越多的国家，把目光投向了海洋。海洋油气的勘探开采，都必须依赖各类海洋平台，而在浩瀚无垠的大海中，完成各类开采作业，对海洋平台的要求就特别高，几百吨重的钻井机电等设备需要安置在平台上，同时也需要为平台上的工作人员搭建生活区域，此外平台的各项安全指标也需要满足规范的要求。

自升式海洋平台的设计需要考虑多种情况，最为主要的是其处于漂浮状态和站立状态这两种情况，在海洋平台移动的过程中，平台处于漂浮状态，桩腿收起，主壳体漂浮于海面上，这种情况下，海洋平台如同一艘船舶，设计时就必须像设计船舶一样，计算各项水力性能，浮性、稳性、抗沉性等内容均需要考虑。而当平台到达指定作业区域时，则需要把桩腿放下，插入海底的泥土中，此时，主壳体被抬升脱离海面，整个海洋平台处于一种站立的状态，此时则必须考虑整个海洋平台的抗倾稳性以及抗滑移稳性。

自升式海洋平台在经历了半个多世纪的发展后，在作业深度、钻井能力等方面都有了长足的进步与发展，但也仍然有许多缺陷与不足，随着人类向海洋探索的脚步不断前进，自升式海洋平台在满足各项安全与经济指标的情况下，也将进一步向更深的水域发展。

1.2 国内外研究现状

自升式钻井平台兴起于20世纪50年代，滨海钻井商们发现自升式钻井平台的经济性能好于之前惯用的坐底式钻井平台，在40m左右的海洋中，自升式钻井平台的升降设备造价较为低廉，而各项性能指标却有优势。坐底式的海洋平台工作水深也更为有限，而自升式钻井平台在当时由于拥有可自由升降的桩腿，在作业水深，经济性等方面均有较大的优势，在这种背景下，自升式钻井平台便逐步发展起来了。1954年，第一艘名为“迪龙一号”的自升式钻井平台设计建造完工，此钻井平台拥有12个圆柱形桩腿，随后的一段时间中，出现的自升式钻井平台也多为多桩腿式的。

如今美国的LeTourneau,Famp;G,BASS与BMC,荷兰的MSC,日本的三井海洋开发与Hitachi Zosen以及法国的CFEM是在自升式海洋平台设计方面处于领先地位的几个大公司，每个公司的设计水平均很高，并且有自己独特的有点。 LeTourneau、MSC和Famp;G 是当前世界上设计自升式海洋平台水平最高的公司。美国的LeTourneau公司是自升式钻井平台设计的先驱, 全世界1/3的自升式平台是LeTourneau 的型号。荷兰的MSC公司设计的海洋平台则多为适应各类恶劣海况下的超级平台,挪威北海与加拿大东海岸常年海况恶劣，故MSC公司的平台在这些地区占有率尤其高。20 世纪80 年代的初期, 美国的Famp;G公司首次申请了齿条锁定系统(Rack Chock Fix action System)专利, 这一创新使得自升式钻井平台能够进入更深与更恶劣海况的海域工作。Famp;G从80年代初推出的L-780系列自升式钻井平台由于经济型高、结构设计优良、各项技术指标优秀获得了巨大的成功。

进入21世纪，油价升高，油气资源越来越成为各国关注的战略资源。在这种严峻的形势下，我国的自升式钻井平台也紧跟世界先进国家的脚步，较之前有了相当大的进步。中国石油集团自主研发设计的 “中海油5号”“中海油6号”两艘自升式钻井平台, 于2007年建成，其工作水深为4.5m-40m，平台各项性能良好，缩小了与世界各先进国家设计水平的差距。大连重工集团建造的中国海洋石油总公司的“海洋石油941”自升式钻井平台, 于2006 年5月31日交付使用,是目前国内自动化程度最高、规模最大、作业水深最深、具有当代国际先进水平的自升式钻井平台。