天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告
课题名称 系名称 90米三桩自升式钻井平台结构设计 建筑工程系 专业名称 船舶与海洋工程 指导教师 宋琳 学生姓名 薛洋洋 1
一、课题的来源及意义 近些年来船舶市场正处于低谷期，国际金融危机的冲击使得国际贸易量下降，促使国际航运业务量减少，各船东纷纷减少下单或弃单，从而国内外各船企的船舶建造业务减少或者无船可造，我国造船企业普遍陷入“接船难、交船难”的窘境,[1]很多船企开始破产倒闭。然而，到2012年，全球有多达 77 %的自升式平台运作将长达30年，其中一些已经无法翻新或有效地采纳先进科技，必须由新的取代[2]。所以，国际海洋工程市场异常活跃，国内各大船厂相继承接各种海洋工程项目，也逐步将海洋工程作为各大船企发展的一个主要方向。很多有实力的企业开始提高海工装备建造的产能，搞技术研发升级海工装备，抢占海工市场。世界经济的高速发展必然带来对能源的大量需求,石油天然气仍是当前的主要能源。我国已成为世界第二大石油进口国,油气供求矛盾非常突出。我国陆地油气资源勘探开发程度现已很高,油气资源正迅速减少。向海洋进军,开发新的油气资源已成必然趋势。我国拥有漫长的海岸线和广阔的海域,油气资源十分丰富。在渤海、南黄海、东海、南海已有发现并进入早期开采[3]。自升式钻井平台属于海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好,在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地为。自升式钻井平台的技术特征迎合了目前中国油气资源开采的现状，它作为海洋工程项目中的主力船型之一，也是国内建造数量较多的海洋工程项目，但由于国内船厂涉足自升式钻井平台的时间较短，现在国内船厂建造的绝大部分自升式钻井平台的基本设计都是由美国和欧洲设计公司完成的。通过本课题的研究和验证集钻、采、储一身的多功能自升式平台的可行性，对我国南海边际油田的开发有一定意义。并希望以此为机会通过我们自己的努力，进一步提高我们自升式钻井平台结构设计的能力，以达到自主完成自升式钻井平台结构设计的水平，打破国外的技术垄断。 二、国内外发展状况： 海洋工程装备制造业已成为为海洋开发及各国国防建设提供技术装备支持的战略性产业,发展海洋工程装备是国家海洋开发的首要任务与战略重点。当前,世界海洋石油装备技术正向深水、大型化、集约化、智能化、清洁化和水下生产体系发展,近年来，全球建造的自升式平台 ,大部分是能在 106. 7m(350f t)水深处工作的深水自升式平台[4]。 （1）国外技术发展现状，国外在自升式钻井平台设计与建造方面起步较早，技术研发能力较强。目前在建的桁架腿自升式钻井平台主要由F& G、KEPPEL、 2 PPL 和LeTo urneau 等公司或船厂设计[5]。这些公司或船厂在中深水桁架腿自升式钻井平台设计方面具有丰富经验，已经形成多种型号的系列产品，产品均经过实践检验，获得了全球钻承包商的广泛认可。其中LeT ourneau 公司是自升式钻井平台设计的先驱,全世界 1/3 的自升式平台出自其设计；荷兰MSC 公司设计了一系列工作于挪威北部海域与加拿大东部海域等超恶劣海域的自升式钻井平台；20世纪80年代初，美国F& G 公司就已申请齿条锁定系统专利，这一齿条锁定系统使得自升式钻井平台能够进入更深、更恶劣海况的海域工作[6]。F& G的L780系列自升式钻井平台共建造39艘，取得了很大成功。总体来看，西方发达国家在自升式平台的技术研发和性能创新上比较领先。 （2）国内技术发展现状，资料显示，截止到2010年，世界上共有自升式平台大约400座,占海洋平台总量的40%以上,其中作业水深大于120m的有20多座,最大适应水深能力已达到168m[7]。然而我国现有自升式平台17座,其中作业水深大于90m的仅有4座[8]。国有三大石油集团目前拥有的中深水桁架腿自升式钻井平台共计 25 座。其中6 座平台役龄已超过20 年，勘探2 号、渤海4 号和 COSL 935役龄甚至已超过30 年。虽然很多平台已作改造,但仅更换部分设备和改善生活设施, 现有的这些“老平台”性能上没有大的改变，技术水平相对较低。在海洋平台建造方面，国内造船厂如大连造船重工、沪东中华船厂等在上世纪80年代即开始建造钻井平台。随着海工市场兴起，国内大量船厂也开始建造钻井平台,其中包括上海外高桥造船有限公司、烟台中集莱佛士海洋工程有限公司 广州中船黄埔造船有限公司、南通中远船务、招商局重工(深圳)有限公司、青岛北海船舶重工、山海关船厂等[9]。国内自主设计建造的多为浅水圆柱腿自升式钻井平台，在中深水桁架腿自升式平台设计方面尚无业绩（至今尚不具备 130m 以上水深自升式钻井平台自主设计的能力）。根据中国船舶工业行业协会公布的统计数据，2013年1月到11月，中、韩、新三国在承接各类海工装备（含改装）中，韩国以27座、240亿美元的成交额领跑，中国以52座、115亿美元的成交额跃居第二，新加坡以35座、94亿美元排名第三[10]。然而我们承建的海工装备平均单价最低，韩国最高。可见，我国海工企业在海工平台的建造上发展的较好，但是所能够建造设计的装备多为技术含量相对较低，附加值较少的，相对较低端的产品，在平台设计、技术研发、科技创新上还有很大的欠缺。 三、研究目标 本课题所研究设计的平台将用于南海边际油田的开发，使其结构设计满足各
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项技术指标的要求，更好的完成在中国南海海域的生产作业。 四、研究内容 自升式钻井平台的结构设计，包括平台的桩腿数目、桩腿形式、桩腿尺寸、主船体形式以及主船体尺寸；掌握海洋自升式活动平台工作原理、海洋平台结构设计基本知识、自升式平台环境载荷计算和载荷组合原则以及结构分析有限元原理和ANSYS软件基本应用知识。 五、研究方法及研究手段 参照南海100米水深海域的环境参数，依据母型船法对该平台进行结构设计，根据平台的载荷能力设计主船体的构件尺寸布置，以及舱室的布置；计算桩腿以及主船体的总体性能并运用ANSYS软件建立主船体和桩腿的有限元模型进行结构性能分析，对不同工况进行加载求解，校核结构强度，以此完成平台的结构设计。 六、进度安排 2014.03.03～2014.03.13， 查找资料，了解自升式平台的一般知识，完成开题报告
的编写及定稿； 2014.03.14～2014.03.28， 进行外文资料的翻译及审核； 2014.03.29～2014.04.14， 完成ANSYS软件的学习和掌握，达到能够进行实体建模的标准； 2014.04.15～2014.05.15， 对平台结构进行实体建模，计算相应物理量，完成结构分析和校核并对所设计的结构进行改进和完善，最终确定结构。 2014.05.16～2014.06.03， 整理数据，编辑毕业设计文稿，修改并定稿，完成相应结构图纸的绘制。 2014.06.04～2014.06.12， 准备毕业答辩的相关事宜，并做工作总结。 七、实验方案的可行性分析和已具备的实验条件 由ANSYS软件平台可以实现对所设计的平台的结构进行实体建模，模拟平台在相关海域的载荷条件对平台模型进行外部载荷加载，计算出结构的变形、应力等 4
