半潜式平台特征
半潜式平台(见图5-1)是浮动型的移动式平台,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,半潜状态下其稳性主要靠立柱。半潜式平台的产生晚于浮船式(水面式)平台,它是克服浮船式钻井平台抗风浪性能差的缺点而产生的。

图5-1 半潜式平台
船舶或海洋平台在海上受风、浪、流的作用而产生运动。其中波浪能量基本集中在5~20秒周期范围之内,其能量占总能量90%以上。常规船舶之所以产生较大幅度的横摇与纵摇等运动,其主要原因是其固有周期在波浪能量周期范围内。半潜式平台垂荡、横摇与纵摇固有周期都在25~30秒,避开了波浪能量的周期,使它不易产生谐振,因此具有良好的水动力性能。
即使在深水海域、恶劣环境条件下作业,半潜式平台也具有良好的运动特性,抗风浪性能好。(https://www.daowen.com)
半潜式平台最大的特点是半潜作业,平台到达作业点时往下船体注水,使平台的下壳体或柱靴和立柱下潜到水下一定深度,成半潜状态,仅立柱与水面接触,从而使波浪力大大减小,平台的运动性能增强。半潜式平台的另一特点是柱稳式平台。它在半潜状态时,水线面面积主要是立柱的水线面积,但立柱间距较大,因而平台的惯性矩较大,从而使其具有较大的初稳性高度,保证了平台的稳性。
合理地选择平台立柱横向和纵向间距,可以使外力互相抵消一部分,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时,作用在平台两边的立柱、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、下壳体同时受到向内的挤压力,也互相平衡。当波长等于立柱横向间距,波峰位于左、右两边立柱上时,立柱所增加的向上浮力,可以被抵消一部分,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。
半潜式平台类型很多,可按不同方式进行分类,得出不同的类型。按结构形式分,半潜式平台有带下壳体的半潜式和带柱靴的半潜式。前者多为双下壳体、矩形半潜式;后者为多边形,如三角形、五角形、八角形等。按定位方式分,半潜式平台有系泊定位式和动力定位式。按航行能力分,半潜式平台有自航式、半自航式和非自航式。动力定位的半潜式平台多为自航式。半自航式是指在近距离移动可自航,远距离移动靠拖航。按用途分,半潜式平台有半潜式钻井平台、生产平台、生活平台、铺管平台、起重平台、施工作业平台等。
半潜式平台在发展过程中,其结构形式和设计理念均发生了很大的变化。由于半潜式平台的概念来自坐底式平台的拖航状态,而在坐底式平台的设计理念中,立柱的作用仅仅是将甲板托出水面,以弥补驳船型深小于水深的不足,平台的浮力全部由坐底的驳船提供。这直接导致早期的半潜式平台浮箱大、立柱数量较多而直径较小。由于早期半潜式平台的发展重点是水动力性能,且当时的半潜式平台尚不具备自航能力,所以平台设计的目标主要是提高水动力性能而不是拖航阻力,从而导致各种形状的半潜式平台出现。其底部浮体曾出现有矩形、V字形、三角形、五边形或多边形、十字形船体结构等。
伴随着深水油气田不断发现、深水油气开发热潮高涨和新技术的崛起,半潜式平台的研发也得到了快速的发展。首先是动力定位技术的发展解决了半潜式平台的定位问题,同时赋予了半潜式平台的自航能力。由于长距离快速移动的需要,半潜式平台的阻力性能引起了重视,从而导致半潜式平台的结构形式由“奇形怪状”回到了矩形结构。同时,采用了箱型甲板结构,钻井设备的布置也从一层平铺发展为两层布置。这样的钻井设备布置减小了甲板面积,立柱的数量也逐步减少,第五代半潜式平台之后都采用四立柱双浮箱结构。