科技论坛 ・４５・ 浅析海洋平台发展历程 白丽楠 （天津工业大学管理学院，天津３０００００） 摘要：海洋资源开发和空间利用的发展，以及工程设施的大量兴建，对人类文明的演化将产生不可估量影响。 关键词：海洋平台；石油；钻井 海洋平台是在海洋上进行作业，石油钻探与生产所需的平台， 主要分钻井平台和生产平台两大类。在钻井平台上设钻井设备，在 生产平台上设采油设备。平台与海底井口有立管相通。 石油钻探普遍用于民用，当然也可理解为战略物资储备。以至 于不可一世的美军把雷达也放到半潜式平台上了。 且不提军方如何使用，海洋平台就是石油开采业向水下进军的 一个产物。最原始的海洋平台甚至不能称为海洋平台，而是湖泊平 台（１８９１年，圣玛丽湖，俄亥俄州），结构为木质，作业水深甚至仅有 １．５ｍ。说白了，就是给陆上井架加了一层台阶。既然能在湖边，当然 也能在海边作业，到现在海洋平台已经发展成为高附加值、高科技 的工业设施。形式多种多样，且几乎每种新型的平台形式出现都是 为了再更深的海区中作业。 最早出现的平台是导管架平台，适用于浅近海。导管架平台可 图１典型的自升式平台 图２典型的半潜式平台 以看作最原始，最直接的将钻井设备与海底连接起来的措施。钢桩 穿过导管打人海底，并由若干根导管组合成导管架。导管架先在陆 地预制好后，拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，桩是打一节 接一节的，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与 导管连成一体固定于海底。平台设于导管架的顶部，高于作业区的 波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出４ ５ｍ，这样可 避免波浪的冲击。导管架平台的整体结构刚性大，适用于各种土质， 是目前最主要的固定式平台。但其尺度、重量随水深增加而急骤增 加，所以在深水中的经济性较差。导管架平台使用水深一般小于 ３００ｍ，世界上大于３００ｍ水深的导管架平台仅７座。目前最大的导 管架平台是在墨西哥湾安装的水深为６１０ｍ的导管架平台。 图３ 图４ 导管架平台还有一个缺点，就是走不动。自从安装之Ｅｌ起，它就 关系。 永远固定在那个经纬度上了。如果某公司财力有限，无法同时安装 自升式平台下水，跟导管架平台一样的道理，去更深的地方就 多个导管架平台，这时就出现了坐底式平台。坐底式钻井平台是早 得付出尺度和重量增加的代价。目前自升式平台最大的作业水深是 期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台。平台分本体与下体（即 ４００ｆｔ，也就是１２２ｍ。还是那个老问题，如何到更深的地方去采油？除 浮箱），由若干立柱连接平台本体与下体，平台上设置钻井设备、工 了钻井船之外还有什么办法？壳牌公司的Ｂｒｕｃｅ Ｃｏｌｌｉｐ提出了半潜 作场所、储藏与生活舱室等。钻井前在下体中灌入压载水使之沉底， 式平台的理念。其实这个理念得来相当轻巧。壳牌公司的一家施工 下体在坐底时支承平台的全部重量，而此时平台本体仍需高出水 单位——蓝水钻井公司有一座浸没式平台“蓝水１号”，“蓝水１号” 面，不受波浪冲击。在移动时，将下体排水上浮，提供平台所需的全 的结构就像一张方桌，方形甲板下面四根立柱，四根立柱底部之间 部浮力。坐底式的工作水深比较小，愈深则所需的立柱愈长，结构愈 有一些浮箱连接。“蓝水１号”本来就是按照浸没式设计的，拖航时 重，而且立柱在拖航时升起太高，容易产生事故。由于坐底式平台的 浮箱提供的浮力自然无法与平台重力平衡，因此拖航时水面没过了 工作水深不能调节，已日渐趋于淘汰。胜利１号与胜利４号都是坐 浮箱，但还在甲板之下。在１９６１年的一次拖航过程中，Ｂｒｕｃｅ Ｃｏｌｌｉｐ 底式平台。 观察到在这个状态下平台相对于其平衡位置的运动极小，就意识到 坐底式平台虽然能移动，但还是到不了更深的地方去。可是人 这座平台也能在漂浮状态下作业。（见图１） 类中从来不缺乏能工巧匠。在全面研究了海洋工程环境之后，美国 半潜式平台是大部分浮体沉没于水中的一种小水线面的移动 人Ｒ Ｇ ＬｅＴｏｕｍｅａｕ在１９世纪５０年代初提出了自升式平台的理 式平台，它从坐底式平台演变而来，由平台本体、立柱和下体或浮箱 念，受到了广泛的关注，但热闹归热闹，关注之后却没有一家石油公 组成。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有 司愿意建造自升式平台。ＬｅＴｏｕｍｅａｕ找来找去，终于找到了一家愿 一些支撑与斜撑连接，在下体问的连接支撑一般都设在下体的上 意签合同的公司Ｚａｐａｔａ Ｏｆｆ－Ｓｈｏｒｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，这家公司的老板叫 方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力；平台上 Ｇｅｏｒｇｅ Ｈ Ｗ Ｂｕｓｈ，没错，就是后来当过大统领的老布什。在某次平 设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高 台建造中的仪式上，老布什还特意带着小布什一起去见了见世面。 出水面一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉没 是不是从这起，就注定了这爷俩要为石油跟伊拉克干仗？ 于水下以减小波浪的扰动力。平台本体与下体之间连接的立柱，具 自升式钻井平台是由一个上层平台和数个能够升降的桩腿所 有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的 组成的海上平台。这些可升降的柱腿能将平台升到海面以上一定高 稳性，所以又有立柱稳定式之称。半潜式平台已经成为海洋钻井平 度，支撑整个平台在海上进行钻井作业。这种平台既要满足拖航移 台的主要发展方向。相当于用了ＴＳＩ＋ＤＳＧ的迈腾吧。到目前为止， 位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时着底稳性和强度的 半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代的历程。（见图２） 要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。由于自升式平台可适用于 代作业水深年代 不同海底土壤条件和较大的水深范围，移位灵活方便，便于建造，因 １ ６００ ｆｔ １９６０ 而得到了广泛的应用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大 ２ １０００ ｆｔ １９６９—１９７４ 多数。导管架平台和自升式平台比起来就是铃木摩托和福特汽车的 ３ ｌ５０ＨＤ ｆｔ １９８０ ・４６・ 科技论坛 ＳＰＡＲ的理念源自于浮标，实际上它结构的大部分都是浮筒。主体是 ５ ７５００ ｆｔ １９９８—２００４ 单圆柱结构，垂直悬浮于水中，特别适宜于深水作业，在深水环境中 ６ １００００ ｆｔ ２００５—２０１０ 运动稳定、安全性良好。主体可分为几个部分，有的部分为全封闭式 工作水深排世界前１５名的半潜式平台中，巴西国家石油ｆＢＲ） 结构，有的部分为开放式结构，但各部分的横截面都具有相同的直 占９艘，英国石油公司ｆＢＰ）２艘，壳牌石油１艘，美国ＡＴＰ油气公司 径。由于主体吃水很深，平台的垂荡和纵荡运动幅度很小，使得 １艘，Ｃｈｅｖｒｏｎ公司１艘，美国Ａｎａｄａｒｋｏ石油公司（ＡＰＣ）Ｉ艘。 ＳＰＡＲ平台能够安装刚性的垂直立管系统，承担钻探、生产和油气输 ４ ３０００ ｆｔ １９９０ 前面讲过，海洋平台主要分钻井平台和生产平台两大类。在深 出工作。（见图３） 海，半潜式平台主要用作钻井，生产平台就主要靠张力腿平台（ＴＬＰ） ＳＰＡＲ平台本身的发展也经历了三个过程：Ｃｌａｓｓｉｃａｌ ＳＰＡＲ， ＳＰＡＲ． 了。张力腿式平台利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩 Ｔｒｕｓｓ ＳＰＡＲ．Ｃｅｌｌ余浮力相平衡。一般来说，半潜式平台的锚泊定位系统，都是利用锚 再来回顾一下概括海洋平台中的主流： 索的悬垂曲线的位能变化来吸收平台在波浪中动能的变化。悬垂曲 此图４中，从左到右依次是导管架平台，自升式平台，半潜式平 线链的特征之一是链的下端必须与水底相切，以保证锚柄不会从水 台，钻井船，张力腿平台。 底抬起，这样就可保证锚的抓力。张力腿式平台也是采用锚泊定位 结束语 的，但与一般半潜式平台不同，其所用锚索是绷紧成直线的，不是悬 本文以简明的内容介绍了目前现有的主流海洋钻井平台，除了 垂曲线的，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的锚 海洋平台中偏门产品：重力式混凝土平台，牵索塔平台在此就不做 是桩锚（即打入水底的桩作为锚用），或重力式锚（重块）等，不是一 介绍了。由于石油对所有国家而言，是极为重要的战略资源，因此，般容易起出的转爪锚 张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力 也使得海洋石油钻探和海洋平台建造技术的更新，对一个国家的整 可依靠锚索向下的拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使 体素质和未来的发展走向将产生深远影响。锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。简单说，张力腿平 参考文献 台就像一个气球，把绳子拴在海底，它就不随便跑了。第一代张力腿 ｆ１］海油工程建造工艺标准［Ｓ】．北京：海油工程建造公司，２００７． 平台其实就是从半潜式平台发展过来的，差别在于：张力腿平台的 【２１．￣Ｌ祥鼎，夏炳仁．海洋平台建造工艺【Ｍ】．北京：人民交通出版社， 甲板一般呈正方形，半潜式平台一般呈长方形。张力腿平台的浮箱 １９９３．３］聂武，孙丽萍，李治彬，．曾志强．海洋工程钢结构设计【Ｍ】．哈尔滨： 要相互连通，半潜式平台的浮箱可不连通。第二代张力腿平台则包 ［括单柱式ＴＬＰ、最小化ＴＬＰ和延伸ＴＬＰ，其中单柱式ＴＬＰ和最小化 哈尔滨工程大学出版社，１９９４． ＴＬＰ又称为迷你式ＴＬＰ。 ［４仲国船级社．海上移动平台入级与建造规范【ｓ】．北京：人民交通出 接下来呢，该海洋平台中的保时捷出场了——ＳＰＡＲ平台。 版社．２００５． ｛上接３１１页） 量少于某一特定值（根据不同地方水量使用 对于未来集中建设的农村，按目前城市模式要求设置管网。 制定的某种用水界限），按定值计收水费；超过其值时，按实际用水 对于分散建设的农村，污水处理需要区分对待，采取以下原则： 量收费。无水表和装有年久失修停走的水表的用户，每人每月也按 ａ．尽可能地源头分离、循环利用、全过程控制；ｂ．集中与分散处理相 某一个用水量收费。对贫困家庭，每人每月减免一定的水费。自备水 结合，以分散处理为主导。尽量采用可持续、生态型的处理系统．ｃ． 源家庭企业直供的水价，均按居民生活用水的实际水价执行。 综合考虑面源污染控制，并与农业生产紧密结合；ｄ．雨水采用分散 ３．３用水器具 源头削减和净化，雨、污水处理要与小城镇水生态建设相结合。 三杨村用水器具调查，见表１所示。 在距离城市很近的村落，可以考虑城乡统筹，即由城市管网辐 该表显示：三杨村居民家庭用水器具设置情况是普遍有大便 射向农村供水；并且将污水收集，并入城市管网。 器、洗涤盆、洗衣机等基本卫生器具。热水供应设备、淋浴设备则因 在城市供水水源保护区，污水的控制可以采用集中处理的方 家庭经济条件的不同而不同。用水器具越来越普遍的使用，一方面， 式，实施严格的污水处理排放标准。 ４结论 这是经济水平提高的最好表现；另一方面，则是考虑如何节水问题。 如今世界水资源紧缺，节水是最直接的提高水利用率的方法， 从此次调研结果分析来看，新农村给排水系统要在目前农村水 节水措施也因此而多样，新农村建设中的节水问题更要优先考虑。 问题上有很大突破。首先就要解决水源复杂，水质差，节水意识薄 可以成立水资源管理协会、环保组织等非营利机构，散发宣传材料， 弱，中水认识不足等多个方面问题。新农村给排水系统建立在一定 需要考虑农村人口、发展水平。不能低估当今农村的发 还举办各种讨论会、展览，提高人们的节水意识。同时，学校是节水 农村规模上，教育的重点对象，针对学校开展节水教育活动，培训老师如何搞节 展水平，否则，由此规划的新农村不能长久顺应民生，过早被淘汰； 否则，由此规划的新农村超过农民财 水教育。另外，对于从幼儿园到大学，节水办都有针对性的专题教育 也不能高估农村的发展水平，不符合现实。 活动，真正做到节水“从娃娃抓起”。在家庭广泛提供节水设备和 力支付范围，农村给排水建设是一项长期而艰巨的任务。它需要全社会来关 窍门，例如提倡居民使用节水型抽水马桶、慢流量型水龙头和浴室 喷头，教人们如何检查水管渗漏的小窍门。对于旧的管道，购买声呐 注，需要、技术、资金来扶持，需要农民的主动参与。更需要以一 种负责任的态度坚持下去。保障农村供水安全，任重道远。 设备，检查主要输水管道的漏水情况。 参考文献 ３．４排水 １］尹建丽，哀汝华．南京市居民家庭用水调查与分析［Ｊ］．东北水利水 对于三杨新村，由于的集中规划，污水流经下水道集中通 ｆ２００６，２（２４）：６８—７０． 过管网排放，但是在老村，污水排放有两种情况，一种是污水横流， 电，２１刘酷．农村饮水安全堪忧［Ｎ］．中国建设报，２００６． 直接排放出户。还有一种是经过砖砌渠道未经处理直接排放到附近 ｆ３１江煜，唐艳娟，古丽马兰．石河子市居民生活用水情况调查分 水体。这两种情况都导致农村池塘、沟渠水质严重恶化，水藻滋生。 『析『Ｊ１．中国农村水利水电，２００８，５：４１－４６． 这将是农村未来水规划最需要关注解决的问题。 者简介：张新喜（１９６１～），男，教授，硕士生导师，主要从事冶 农村排水的建设标准体系也需要针对性地逐步建立，应分步、 同黧 刀、棼慕 但从目前的现状和发展情况来看，最买际的筒午厌，ｊ芸是 步探 ，金废水处理研究。 基金项目：国家科技支撑计划资助项目（编号２００８ＢＡＪ０８Ｂ０７） 来实现这些服务和控制标准。
