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通常所说的多功能石油平台是指平台具有生产、处理、集输、外运、动力和生活等多方面的功能。这里所说的沉箱桩基式石油多功能平台,是指与石油导管架式平台相比所具有的多种功能。也可以说是用沉箱桩基作为石油平台基础构建的新型平台,具有其他结构式平台所无法比拟的优越功能。
一、沉箱桩基式平台的功能
1.沉箱箱体是平台的基础
我国较浅水域石油平台的基础多是导管架结构,即由管状杆件构成的空间钢架。而锦州9-3(JZ9-3)油田则采用了大型圆柱体和锥台体相结合的箱体结构作为平台的基础,即人工岛基础。采用这种结构型式基本上是为了抗冰。因为在渤海湾,导管架式平台的自振频率多在lHz左右,它与冰的挤压破碎频率比较接近,在冰的作用下容易发生振动。而沉箱结构,冰片作用在锥台体上,沿着台体向上爬而发生弯曲破坏,会产生较小的冰力。同时,冰的弯曲破坏的频率与挤压破坏的频率比较相对较小,与平台的自振频率相距较远,不会引起平台振动。总之,沉箱式固定平台具有较好的抗冰性能。
2.储液
海上油田开发可采用全海式或半海式。全海式是利用海上的工程设施进行原油生产、处理、用穿梭油轮直接外输,渤海埕北油田采用了全海式的开发方式,在该油田B区生产平台旁边建有储油平台,同时建有海中码头,供输油轮停靠,这种方式显得工程庞大,工程费用高。渤中28和渤中34油田也采用全海式开发方式,但它们采用的是单点系泊储油装置,这种方式需要在冰情严重的时候将系泊油轮解脱,油田就要停产。JZ9-3油田也是采用全海式开发方式,但它是利用水上平台甲板进行原油处理,利用水下沉箱储油,储油沉箱的储油能力为14000m3,能够基本满足全油田年处理原油100×104t的储油要求,而且在重冰期能够继续生产。
3.靠船
在JZ9-3油田西区建有沉箱桩基式钻采平台(DRPW)和储油平台(SLPW)。在其东侧设置了靠船碰垫。这两座平台的中心距离为55m,在其中心联线外延线的南、北方向各建有一座系泊平台。此区水深为74m,可供5000t和3000t外输油轮靠泊。在储油平台的顶层甲板上设有输油臂,可进行装油作业。另外,3800~8000马力的工作船也可以停靠。这些船只的船长约为50~60m,可以舷靠在碰垫上。当有外输油轮装油时,也可艉靠在沉箱的另一侧。东区建有沉箱桩基式钻采平台(DRPE),此区水深67m,工作船既可以舷靠也可以艉靠。
总之,沉箱式平台除具有生产、处理、动力、生活的多功能外,沉箱本身还具有承重、抗冰、储油和靠船等多功能。利用沉箱进行水下储油,在重冰期仍能正常生产,更加体现了沉箱式平台的优越性。
二、沉箱结构设计
(一)沉箱设计
JZ9-3油田共建造了三座沉箱,其结构型式都是下部圆柱体和上部圆锥台体相结合的箱体结构轮廓尺寸如表14-4所示。箱壁的厚度为80cm,其内表面和外表面是钢板,钢板之间用钢桁架联结,并浇筑混凝土,构成“三明治”式结构(图14-5)。
表14-4 沉箱尺度
图14-5 储油沉箱立面图
图14-6 储油沉箱箱体结构图
图14-7 储油沉箱(一)1000和(一)3950平台结构
(二)结构型式
对这种箱壁型式有两种不同认识:一是认为混凝土与钢板不共同工作,混凝土只作为填充材料并传递内外水压力。如此需要对钢桁架进行详细设计,达到强度要求;另一种认识则认为混凝土与钢板共同工作,形成“钢-混凝土”混合结构。为了增加钢板和混凝土之间的抗剪能力,在接触混凝土的内板面和外板面上增设了“钢猫爪”。箱顶为梁板结构。钻井沉箱底板为梁板结构,储油沉箱底板是与箱壁相同的钢-混凝土“三明治”结构。箱内分为四个内舱和四个外舱,舱壁为梁板结构(图14-6)。
用17根打入桩将箱体固定在海底,其中九根为主桩,八根为裙桩。桩的导管设在箱体内(图14-7)。导管和桩的结构型式及其之间的连接型式与导管架相同。
(三)结构计算模拟及计算机程序
结构模拟:结构在工作状态下和安装状态下的整体分析采用有限单元法,对不同的结构部件采用不同的单元;“三明治”箱壁壳和储油沉箱的底板为三结点或四结点板单元,其d性模量为等效d性模量;箱顶板、隔舱板和钻井沉箱底板为三结点或四结点板单元;圆管、型钢为二结点梁单元。
荷载处理:自重、浮力、风、浪、流、地震等荷载为计算机程序计算;冰力、温度应力为手工计算。
计算机程序:SACS由美国EDI(Engineering Dynamic ENCof USA)公司编制;DWAVE由大连理工大学编制。
(四)荷载计算
沉箱和导管架由于结构型式的不同,所受环境荷载的性质以及荷载计算方法也不尽相同。这里仅将几种沉箱与导管架不同荷载计算作些说明。
1.波浪力计算
当结构杆件如导管架杆件的特征尺寸与波长的比值小于02时,要用莫里森(Morison)公式计算杆件所受的波浪力;当结构体如沉箱体的特征尺寸与波长的比值大于02时,则要用波浪绕流理论方法进行波浪力计算。沉箱波浪力计算依据以下所列文献:
a.‘Oceanographic Engineering’,Rebert LWiege,Prentice Hall Inc,1964,Charpter11,Section9
b.‘Experience in Computing Wave Load on Large Bodies’,NHogben and RGStanding, OTC No2189,May 1975
c.‘Mechanics ofWave Forces on Offshore Structures’,TSarpkaya and MIsaacson,Van Nostrand Reinhold Company,1981.
具体计算则用DWAVE程序,这个程序可以直接读入由SACS程序形成的数据文件。
2.冰力计算
国内外对海冰的研究表明,冰片作用于海中结构物时,由于结构物型式不同,冰片会发生四种不同型式的破坏,即挤压破坏、弯曲破坏、屈曲破坏和劈裂破坏。JZ9-3沉箱的锥台体处在冰的作用区,它的锥顶角为64°,即台体坡度为5:8,能使冰片产生弯曲破坏。冰的挤压破坏强度为2364MPa,而冰的弯曲破坏强度为0472MPa。显然,这种平台结构型式利于抗冰。APIRP2N(第一版)SECTION442B给出弯曲破坏冰力计算公式:
图14-8 储油沉箱拖航布置
中国海洋石油高新技术与实践
式中:RH为作用在锥体上的水平分力;Rv为作用在锥体上的竖向分力;ρw为水的单位质量;σF为冰片的弯曲破坏强度;t为冰片厚度;tR为冰的堆积厚度;D为锥体水线处直径;DT为锥台顶直径;g为重力加速度;
A1、A2、A3、A4、B1和B2由APIRP2N,图14-8给出。
3.温度荷载
在设计中,仅对储油沉箱做了温度应力计算。温度应力计算条件,如表14-5;结构材料特性,如表14-6计算假定,梁单元为两端固定;板单元为周边固定。这种假定是保守的、偏于安全的。
表14-5 沉箱温度应力计算条件(单位:℃)
表14-6 结构材料特性
如此,温度应力计算为:
沉箱内部梁,因温度均匀变化:σ=αs TEs。
沉箱内部板,因温度均匀变化:σ=αs TEs/(1-vs)。
沉箱顶部板,平均温度变化△Ta=(△TB+ TT)/2;下部与上部温度变化之差△Tb=(TB一△TT)/2;轴向应力σ。=αs TaEs/(1-vs);弯曲应力σb=2×3/4αs TbEs。
沉箱底板,储油沉箱底板为钢-混凝土“三明治”结构,其平均温度变化△Ta=(TT+TB)/2;上部与下部温度变化之差△Tb=(TT-△TB)/2;轴向应力σa=αc TaEeq/(1-vc);弯曲应力σb=2×3/4αc△TbEeq。
沉箱壁,钢-混凝土“三明治”结构,按壳体计算温度应力。平均温度变化△Ta=(△Ti+To)/2;内部与外部温度变化之差△Tb=(△Ti-△To)/2;轴向应力σa=αc△TaEeq/(1-vc);弯曲应力σb=αc TbEeq/(1-u。)。
因为没有合适的计算机程序可用,对以上温度应力只能进行手工计算,所得结果与其他工况下计算机程序计算所得结果要进行手工叠加。
三、沉箱建造
1.船坞建造
JZ9-3油田所建三个沉箱(包括桩和隔水导管)的结构用料如表14-7。
表14-7 结构用料
DRPW和DRPE沉箱分别于1993年和1994年在大连造船新厂建造。建造方式是:在场地预制箱体的圆柱体分块、锥台体分块,主隔舱、副隔舱、底板和顶板分块等;在船坞进行组装;箱体建成后,拖出船坞,靠在码头前,从锥台体上预留的浇注孔浇注混凝土;然后湿拖到现场。
2.船台建造
SLPW沉箱于1997年在赤湾盛巴旺场地建造。建造方式是:场地分块预制,在码头滑道上进行组装。箱体建成后,浇注一部分混凝土。然后用滑移方式将沉箱装上潜水驳船(BH308),并拖运到葫芦岛。到达葫芦岛码头前,进行潜水作业,使沉箱下水。随后,灌足混凝土,再湿拖到现场。钢桩的卷制、接长和作标记在葫芦岛船厂进行。
沉箱是用拖航方式湿拖到现场的。到达现场后,用四个抓力锚做初步锚泊。在沉箱顶上设两台绞锚机,每个绞锚机控制两只锚,绞锚机每个滚筒工作荷载为300t。沉箱的准确定位,如沉箱中心点位置和沉箱指向都由此锚泊系统完成。
四、成果评价
1.沉箱平台的使用效果
JZ9-3油田投产多年来运行良好,说明沉箱桩基式平台的设计是成功的。沉箱桩基式平台的设计、建造和施工都具有较新的内容和较高的技术含量,体现出当时建设者们具有较强的开拓意识和创新精神。沉箱式平台抗冰性能好,水下储油安全,油轮和工作船系泊方便简单,自然会节省费用,提高油田的生产效益。沉箱的拖航、安装不用浮吊船和驳船,也会节省施工费用。
2.改进和发展
尽管沉箱桩基式平台从方案研究、具体设计到建造、施工都可能有所不足,理论、方法不够成熟,用料不够节省等,但它仍不失为适用于浅海的新的结构型式。对此,应该做全面的分析、总结和研究,在此基础上加以提高和改善,为海洋石油事业建造出更多结构型式的适用平台。
第一章 系统概述
§11功能概述
“通用统计报表数据处理软件SARP2000V30” (以下简称SARP)系统是由数据录入、数据编辑、报表处理等部分组成的,可用于常规数据调查处理和普查数据处理的工具软件。
SARP系统是在统计年、定报处理系统的基础上,并借鉴了其他统计数据处理系统的优点,加以改造、完善,她优化了数据处理的业务流程,扩大了数据处理的范围,提高了数据处理的速度。
SARP系统包括以下主要内容:
专业环境
SARP系统的使用采用构建处理环境的方法。用户在正确安装SARP系统后,即可使用。当用户准备进行某一种调查问卷的处理或进行某一类相关调查表的处理时,需要为该处理过程建立处理环境。处理环境以专业的方式建立,并记录在SARP系统中。
指标词典
指标词典包括所创建的调查对象或调查专业的所有指标,其主要目的是作为数据录入的汉字提示和报表输出的汉字。此外,随着统计制度的改革,统计指标也相应的会发生变化。因此,独立的指标词典有利于程序的使用。
指标词典库分专业建立,是该专业各表使用的公共信息库。指标词典库包含该专业所有用到的指标,其表述格式简单,只有:指标代码、指标名称、计量单位。
用户在进行报表创建前、制表输出前应首先建立指标词典库,报表创建、输出的主栏指标汉字和宾栏指标汉字是通过指标代码调用词典库来进行的,也就是说,主栏指标汉字和宾栏指标汉字必须先登录在词典库中。
报表
报表是SARP系统的主要处理对象。SARP系统中所有的数据处理工作都是围绕报表来完成的。
按照报表存放数据类型,数据报表分为单记录报表和多记录报表,即定长表和不定长表,其中定长表又分为单位字典表和其他数据表。SARP系统中,数据表按单位字典表、定长表、不定长表划分。单位字典表是SARP系统的核心,所有的数据处理将围绕单位字典表进行。
按照报表存放数据内容,数据报表分为基层报表和综合报表,其中基层报表存放原始调查数据,综合报表存放综合单位填报数据或从基层报表加工的数据。
审核和计算
审核是按照具体的平衡关系,对报表中的数据进行审查。这是对数据进行质量控制的一个重要手段。计算是指对报表中数据进行运算的加工处理。许多分析资料都要通过计算来得到。
汇总
SARP系统将报表的汇总工作按“叠加”、“分组”来进行划分。叠加汇总是将某一单位所属的下一级单位数据对应叠加,得到该单位的汇总数。分组汇总是汇总单位的汇总数按其行、列划分,每行(或列)均是由该单位下属单位满足一定条件叠加而来的,即行(或列)不同,条件亦不同。“叠加”汇总是无条件叠加,“分组” 汇总是以多个条件进行叠加。
制表
制表是用户统计数据处理的后期阶段,统计资料的整理和积累,统计表的上报,统计数据的提供和分析,都得通过制表来实现。
§12 系统文件组成和作用
SARP系统的全部文件由两大类构成,一类是系统运行文件,与用户无关,另一类是用户文件,用户文件又分为:由用户自己描述生成的文件及由用户描述系统生成的文件。
§121 系统运行文件
SARP.EXE SARP系统程序。
SARP.OVR SARP信息提示文件。
FILEMOVE.AVI 系统使用的提示进度的视频剪辑动画文件。
在用户完成SARP系统的安装以后,以上文件被自动拷贝到程序的启动目录下。
SARP.AUT 系统专业登录文件。初次启动SARP系统后自动生成,该文件与上面几个文件存放在相同的目录下。
SARPNEW.CHM 帮助文件。
TTF16.OCX 系统用控件。
RICHED20.DLL 系统用动态链接库。
BCGCB584.DLL 系统用动态链接库。
§122 用户文件的组成、结构和作用
用户描述系统生成文件(以下??表示专业代码)
1、指标词典文件
SARP??.DICT,其作用是提供用户在数据录入和出表时的汉字名称调用。在作报表输出打印时,将涉及到大量的指标汉字名称,若将这些汉字直接定义在表上,不但 *** 作麻烦,重复劳动,而且出表也不灵活,考虑到用户的随意出表需要和报表制度的改革方向以及数据分析特点,系统采用了分专业建立指标词典文件的方法。
2、分组标志全集文件
SARP??.LMT(??表示专业代码),分组标志全集指各分组标志的可取值的全体。在分组标志全集字典内存放的是根据用户选择的部分(或全部)分组标志的所有可能取值及其含义。其作用是:
在对单位字典进行编辑及浏览时,对分组标志项起提示作用并可对各标志值进行合法化检查。
在打印出表时,如用户在取数码描述中含有分组标志,则在打印时系统自动调用分组标志全集文件并把各标志值的含义打印出来。
3、专业字典库文件
UNT.D??(??表示专业代码),其作用是该专业的核心文件,所有统计对象的单位代码必须首先在该文件中登录,每一个单位,按照用户规定的级别(一般是行政区划级),在该文件中有特定的位置。
4、表数据文件
文件名:***** D??,这里??是专业代码,*是用户定义的表的名字,其作用是存放该表的每一个统计单位的基本数据或存放汇总数据。
5、表数据索引文件
文件名:*****_D??.NDX,这里??是专业代码,*是用户定义的表的名字,其作用是存放该表的索引内容。
6、界面设计文件
文件名为:表号 [ ~ ] + FMF,如果文件存放的是一维表的浏览界面设计信息,则需在表号后加~字母。内容定义了屏幕上每一个录入项的类型、特征属性和位置。
7、表处理方式文件
表处理方式文件是用户对统计表的 *** 作要求方式,文件名为:
SARP?? APP。主要保存计算公式、审核公式、叠加汇总公式、分组汇总公式、指标指针、宾栏指针、输出表表框、专业批处理公式、备份公式、数据录入公式、数据追加公式、数据检索公式。
以上文件主要作用是提供系统 *** 作环境和具体要求,控制系统的处理过程,内容由用户描述。
8、辅助处理文件
辅助处理文件基本上是文本文件,用户可以用各种编辑器对其进行查看,其中:
??AP.ERR 数据追加错误信息
??BK.ERR 数据备份错误信息
??CK.ERR 数据审核错误信息
****.PRN 输出表文本文件
INDEX.TXT 检索结果文件
以上用户文件,均产生在用户定义的 *** 作目录之下。
§13 安装
§131 软硬件环境
最低配置
33MHz 486 处理器
16MB of RAM
VGA 监视器
鼠标
12MB自由空间
Windows 95
建议配置
奔腾处理器
64MB of RAM
SVGA 监视器
鼠标
20MB自由空间
Microsoft Windows 95,98,Me,2000,NT40,XP
§132 安装SARP
从磁盘安装
关闭所有正在执行中的程序。
单击Windows[开始(Start)]按钮,选择运行。
将磁盘插入磁盘驱动器。
输入:a:\setup。
单击确定,按照提示信息进行安装。
从光盘安装或WEB网站下载安装
关闭所有正在执行中的程序。
单击Windows[开始(Start)]按钮,选择运行。
输入:driver:\folder\SARP2002exe。
单击确定,按照提示信息进行安装。
卸载SARP
关闭所有正在执行中的程序。
单击Windows[开始(Start)]按钮,选择程序-SARP2002。
双击卸载SARP程序。
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