TLP平台上部模块总体布置探索

程 兵， 杨思明， 巴 砚， 夏 志

(中海油研究总院， 北京 100027)

TLP平台上部模块总体布置探索

程 兵， 杨思明， 巴 砚， 夏 志

(中海油研究总院， 北京 100027)

TLP平台(Tension Leg Platform，即张力腿平台)作为浮式平台的一种，在国际上已广泛应用于深水油气田开发。在中国南海某油田开发前期研究中，首次涉及到TLP方案研究，并对其设计、建造和安装技术进行了探索。其中TLP上部模块总体布置技术对TLP平台的安全和总体性能有着重要影响，因此需要探索其总体布置原则和特点, 分析其在总体布置上不同于导管架平台的特殊要求，并结合这些特点设计具体的布置方案。该文结合前期研究中的一个TLP开发方案实例，对TLP上部模块总体布置的特点进行了总结，供海洋石油工程设计人员参考。

深水；张力腿平台；上部模块；总体布置

0 引言

目前，随着浅水油气资源的持续开发和深水开采技术的逐渐成熟，海洋石油工业正走向深水时代。深水油气田开发所用的浮式平台主要有半潜式平台、Spar平台以及TLP平台。浮式平台没有连接平台与海底的桁架结构，仅靠自身的浮力来支撑其上部的重量，使得平台在水深时成本不会大幅增加，降低了深水油气田开发的成本。TLP作为其中的一种，在国际上得到了广泛的应用[1]，但在国内尚无实际应用案例。由于上部模块总体布置对TLP平台性能有着重要的影响，因此需要对TLP平台的结构和形式进行了解，并探索上部模块总体布置原则和特点，分析其在总体布置上区别于导管架平台的特殊要求，并结合这些特点设计具体的布置方案。

1 TLP平台简介

图1 张力腿平台结构组成

TLP平台由上部模块、主船体(包括浮箱和立柱)、张力腿筋腱(TENDON)、张力腿基础、立管系统(包括钻井/生产立管和外输立管)等部分组成(如图1所示)，是一种垂直系泊的顺应式平台，通过数条张力腿与海底相接，其张力筋腱(TENDON)中具有很大的预张力，这种预张力是由平台本体的剩余浮力提供的。TLP平台可以避免结构和波浪的主频率发生共振，有着优良的动力性能。由于其平面外的运动近似于刚性，横摇、纵摇、垂荡的运动幅度都比较小，可以非常方便地安装干式采油树系统，因此TLP平台非常适合用作深水区域的采油作业。

自1954年美国学者R.D. Marsh最早提出的张力索组平台概念以来，TLP平台在理论研究和实际生产上都取得了长足的进步[2]。1984年，世界上第一座TLP Hutton由CONOCO公司建造，安装于北海水深147 m处，目前已经退役。

TLP主要有以下几种类型：传统TLP、Seastar TLP、 MOSES TLP、E-TLP(如图2所示)。传统TLP由4个立柱和4个连接的浮体组成，立柱的水线面较大，稳性较好，并通过张力腿固定于海底。SeaStar TLP仅在甲板和浮筒间使用一个中央柱，上端支撑平台甲板，下端与三根截面为矩形的浮筒相连接。MOSES TLP主体依然使用四根立柱，但立柱间距要小得多，截面很小且为四边形，因而水线面积较少，所受的波浪力也相应减少。E-TLP是由传统TLP改进的，在环形浮箱的每一个角上，都有一个截面为矩形的悬臂梁向外伸出，末端与张力腿相连接。

图2 四种TLP平台

2 TLP平台上部模块总体布置基本原则

TLP平台上部模块总体布置对于平台的稳性、安全性能都有直接的影响，因此，布置时主要考虑的原则就是系统的安全性、可操作性和经济性。为了达到这样的设计目的，在总体布置时，需要遵守有一些基本原则[3]：

(1) 总体布置合理，满足钻修井、采油及工艺流程的最佳需要，操作安全可靠；

(2) 根据环境条件确定平台方位，满足火炬的布置要求以及工作船的停靠和直升飞机的安全起降等因素；

(3) 平台的设施、设备布置应考虑重量在甲板上均匀分布，尽量减小偏心；

(4) 平台的设施、设备布置应考虑上部模块的安装方式和安装要求；

(5) 布置设备时，考虑逃生路线及所有设备的操作和维修空间，救生设备放置在安全且能顺利到达的位置，使得工作人员能尽快安全脱离危险区域。

3 TLP平台总体布置方案介绍

在南海约400 m水深的某油田的开发前期研究中，设计了多种开发方案，其中一种就是建造一座TLP平台作为井口平台，然后将产出流体输送到新建的FPSO进行处理。该TLP平台采用模块钻机进行后期钻井、修井、打调整井等。TLP上部模块共设3层甲板，分别是直升机甲板、主甲板和生产甲板。其上设有钻机配套设施、原油处理设施、公用设施和电气房间等。

直升机甲板设在生活楼房间顶部，在布置时，考虑了所在海域的风向，保证直升机起降的安全，并保证平台火炬等设施不会形成干扰。

主甲板东侧布置了可容90人的生活楼，两艘救生艇悬挂于生活楼东侧舷外，直升机甲板位于生活楼顶，生活楼的北侧布置了氮气系统、工厂风和仪表风系统。主甲板东南侧布置了一些水处理的设施。主甲板中部是井口区，布置了16口井槽，按照4×4排列。西侧是钻机模块(不包含泥浆系统)。甲板南、北侧各设有一台吊机，火炬臂位于甲板的西南角。主甲板总体布置如图3所示。

图3 主甲板总体布置图

生产甲板东侧布置了两层电气房间。电气房间的南北侧布置了海水处理系统和消防泵等安全设施，西侧布置了A60防火墙，以分隔危险区和安全区。生产甲板中部是井口区，安装了采油树。井槽北侧布置了管汇、加热器等，西侧布置了分离器、外输泵等处理设施。井槽南侧布置了开闭排系统。此外，甲板西侧布置了泥浆系统。生产甲板总体布置如图4所示。

图4 生产甲板总体布置图

4 TLP平台上部模块总体布置特点

作为海上油气开发设施，TLP平台上部模块总体布置方法与导管架平台有很多相似之处，但作为浮式平台，其布置也有着区别于导管架平台的特点，在完成几个TLP方案的总体布置研究后，将TLP平台上部模块布置的一些特点总结如下：

(1) TLP平台对重心的要求很高，既要严格控制重心的高度，又要让偏心在可控范围之内。在进行总体布置设计时，需要及时同结构专业沟通，以做好重心控制。机械设备选型时，应尽量选取卧式设备，尽量将较大较重的设备布置在下层甲板。在本次设计中，由于钻机模块过大，为了节省上层面积，降低重心，并保证下层面积得到充分地利用，将其中的泥浆模块(含泥浆泵、泥浆罐)布置在了生产甲板上，从整体上控制了其重心的位置。

(2) 作为浮体，TLP平台对风比较敏感，因为较大的风力会造成其偏移。布置时，在没有其它不利影响的前提下，应尽量将其较窄的一面对着主风向，可减少受风面积，使平台受到风的影响较小。

(3) 在考虑主梁布置时，应将四个主梁围成正方形(或者接近正方形)，在进行面积和轴线的调整时，也要在保证主梁围成正方形的前提下，再通过适当调整外围飘出的甲板长度，来实现总图面积的优化。这是由于四个立柱本身围成的就是正方形，因此将主梁也围成正方形更有利于撑杆(POST)的布置，从而连接船体和上部模块。另外，导管架平台的工作甲板面积可以很小，可以与其他甲板面积差异很大，但TLP平台的主甲板和生产甲板面积应尽量避免差异。

(4) TLP平台的柴油罐、淡水罐及其配套的泵和过滤器等安全设施可以布置在船体上，以节省上部模块的空间、降低重心。

(5) 输送油气的立管、各类泵护管等需要从海里登上平台的管道，应从四个立柱处爬上平台，因此，对应的清管球收发器、海水提升泵、柴油消防泵、电动消防泵等设备，均布置在平台的生产甲板上对应于立柱的区域。

(6) TLP平台的井口间距要比导管架平台大，本方案为4 m×4 m，16口井所需的井口区面积为18 m×18 m。这是因为TLP平台井口区上来的生产立管，相对平台会有所运动，因此需要足够空间防止立管干涉，保证井口区的安全性；同时，立管顶部的张紧器尺寸较大，为了满足其布置需求和保证操作空间，也需要采用较大的井口间距。此外，生产甲板层高为8 m，采油树区域需安装一个局部二层甲板，便于进行采油树的日常维护、仪表检修等操作。

(7) 深水的水下作业离不开ROV的使用，在TLP平台上，往往会设计一个ROV月池，通常距离吊机较近，便于进行吊起和下放ROV的操作。

(8) 如果生产甲板面积大于主甲板，主甲板无法完全覆盖住生产甲板，则需要考虑防止落物的问题。这时可以考虑在主甲板设置人员防护栏，以减小甲板重量，同时避免落物。

(9) 根据API RP 2T中关于气隙的要求，底层甲板标高的确定应考虑百年一遇和千年一遇的最大波高，保证百年一遇时底层甲板的上缘不上浪，千年一遇时底层甲板下缘不受到砰击。

5 结语

尽管目前TLP平台在国内尚处研究阶段，但随着海洋石油的发展，其在南海深水油气田开发中有着广阔的应用前景，因此，对TLP平台设计、建造和安装的研究具有重大的意义。作为总体布置设计人员，也需要不断积累经验，在导管架平台设计经验的基础上，结合国外已建TLP平台的成功经验，找出TLP平台上部模块总体布置的设计方法，为TLP平台在国内的成功应用奠定基础。

[1] 王忠畅，高静坤，谢彬等.张力腿平台总体尺度规划研究[J].中国海上油气，2007，19(3) :200-202.

[2] 杨雄文，樊洪海. TLP平台结构型式及其总体性能分析 [J].石油机械，2008，36 (5):70-73.

[3] 中国海洋石油总公司.海洋石油工程设计指南(设计概论与工艺设计分册)[M].北京:石油工业出版社，2007.

Exploration on Topside General Layout of TLP

CHENG Bin, YANG Si-ming, BA Yen, XIA Zhi

(CNOOC Research Insititute, Beijing 100027, China)

As one of the floating platforms, TLP (namely Tension Leg Platform) is widely used in the development of deepwater oil and gas fields abroad. During the feasibility research of certain oilfield development in South China Sea, TLP plan is studied for the first time domestically, and explorations are done on the technologies of design, construction and installation of TLP. Among those technologies, topside general layout is of great significance to the safety and global performance of TLP. It’s therefore necessary to explore the general layout guidelines and characteristics of TLP, analyze the special requirements of TLP general layout which distinguishes from jacket platform, then make the detailed plan of layout. Based on an example of TLP development plans, this paper summarizes the characteristics of TLP topside general layout, which could be of some value for offshore petroleum design engineers.

deepwater； TLP； topside；general layout

2013-08-12

程 兵(1983-)，男，工程师。

1001-4500(2014)04-0021-04

P75

A