近海與海洋工程導(dǎo)論

海洋資源類型與分類海洋生物資源（植物、動(dòng)物），海洋化學(xué)資源（淡化后的海水、海水常量元素提取、海水微量元素提取），海洋動(dòng)力資源（熱力、海水運(yùn)動(dòng)的勢(shì)能和動(dòng)能、其他能量），海洋礦產(chǎn)資源（石油天然氣、錳結(jié)核、其他礦物）海洋地貌的形態(tài)與特點(diǎn)大陸邊緣：海岸帶、大陸架、大陸坡和大陸隆及海溝海岸帶：海陸之間的界限，又是海陸相互作用的地區(qū)；當(dāng)水位升高時(shí)，常淹沒于水面，水位降低時(shí)，則能露出水面。大陸架：基本特點(diǎn)是坡度小。大陸架海洋資源豐富，地形有利物質(zhì)沉積。大陸架分三層：底層、中間層、表層。大陸?。捍箨懫略诘竭_(dá)深海以前變得較為平緩的地帶，是陸坡基部向海洋深處緩慢傾斜的沉積區(qū)。一般水深為2500~4000米左右，寬度可達(dá)1000公里之多。大陸坡：從大陸架外緣海底地形明顯變陡的地區(qū)，坡度一般為2~7度，最大深度可達(dá)2500米左右，大陸坡是地殼活動(dòng)活躍地段，火山，地震集中，大陸坡最大特點(diǎn)是有海 底峽谷。深海底：大洋盆地和洋中脊區(qū)大洋盆地：又稱大洋床，海洋的主要部分，占海洋總面積的72%以上，地形廣闊而又平坦，傾斜度小，深度從大陸隆起一直延伸到6000米左右。橫向和縱向的海嶺交錯(cuò)綿延，海底有海槽、海盆、海底高原等，特別引人注意的則是大洋中深度大于6000米的陷落地帶一海溝，海溝存在于二個(gè)板塊之間，亦有在大洋盆地上由斷陷而形成。洋中脊：大洋中一些長(zhǎng)長(zhǎng)的海嶺，常是地幔物質(zhì)向地表溢流的地方。海洋現(xiàn)象的形式、影響形式：風(fēng)、波浪、海流、海嘯、天文潮和風(fēng)暴潮、半日潮、風(fēng)暴潮、海冰風(fēng)：實(shí)質(zhì)為大氣的流動(dòng)。波浪：由風(fēng)引起。風(fēng)浪的影響往往使海上作業(yè)被迫停止，甚至造成嚴(yán)重事故。海流：海水作一定方向的水平運(yùn)動(dòng)。寒流使氣溫降低，甚至海面結(jié)冰對(duì)海上各類建筑物或裝置有很大威脅。海冰：海水結(jié)冰。海冰首先妨礙船舶航行，影響海上各項(xiàng)作業(yè)的展開。海域情況與大陸架特點(diǎn)大陸東面與南面為渤海黃海東海和南海所懷抱，渤海為我國(guó)的內(nèi)海。這四個(gè)海的部面積為470多萬平方公里，其中南海面積最大，體積也最大。我國(guó)廣闊海域的海底地形與大陸一樣是西高東低，總的趨勢(shì)有西北向東南方向傾斜，渤海、黃海、東海的海底地形起伏不大，比較平坦，緩緩向東南方向傾斜，直到臺(tái)灣以東才驅(qū)然下降到兩千米以下，南海是一個(gè)比較封閉的較深盆地。我國(guó)的四大海域：黃海、東海、南海、渤海。海洋平臺(tái)：固定式海洋平臺(tái)：樁基平臺(tái)（導(dǎo)管架平臺(tái)、塔架式平臺(tái)）、重力式平臺(tái)（鋼筋混凝土重力式平臺(tái)、鋼制重力式平臺(tái)、鋼——混凝土組合型重力式平臺(tái)）、可搬移式平臺(tái)活動(dòng)式海上平臺(tái)：坐底式鉆井平臺(tái)、自升式鉆井平臺(tái)、半潛式鉆井平臺(tái)、浮式鉆井船

導(dǎo)管架型平臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成與作用結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)：指導(dǎo)管以上部分的梁、板、立柱結(jié)構(gòu)作用：在海上為鉆井和采油提供足夠的場(chǎng)地。基礎(chǔ)構(gòu)結(jié)：導(dǎo)管架和樁作用：導(dǎo)管架是在樁基施工時(shí)作為打樁的定位和導(dǎo)向，解決了海上施工時(shí)單樁定位操作上的困難。樁的作用是用來把平臺(tái)錨固于海底，除承擔(dān)平臺(tái)的全部垂直荷載外還承受由風(fēng)波海流冰等產(chǎn)生的水平推力。設(shè)計(jì)荷載類型：環(huán)境荷載、使用荷載、施工荷載。導(dǎo)管架平臺(tái)的主要尺寸上部結(jié)構(gòu)尺度的確定：甲板面積和高程。平臺(tái)甲板面積：主要根據(jù)使用要求，工藝布置及設(shè)備的外型尺寸需要而定。上部結(jié)構(gòu)豎向尺寸的確定：與擬建平臺(tái)海域的潮位和波高大小有直接的關(guān)系。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)輪廓尺度的確定導(dǎo)管架主要尺寸的確定：導(dǎo)管架的平面尺寸由甲板尺寸和樁的傾斜度來控制的。導(dǎo)管架頂標(biāo)高：考慮樁與導(dǎo)管聯(lián)結(jié)構(gòu)造上的需要和施工期間能在導(dǎo)管架架設(shè)臨時(shí)工作平臺(tái)。導(dǎo)管架底標(biāo)高：導(dǎo)管插入設(shè)計(jì)泥面以下（沖刷線以下）足夠深度，以保證足夠的穩(wěn)定性。導(dǎo)管架各層水平聯(lián)系桿件的標(biāo)高和布置：導(dǎo)管架水平聯(lián)系支撐的層次主要取決于導(dǎo)管的柔度（長(zhǎng)細(xì)比）及由樁決定的間距。樁基布置及樁數(shù)的確定樁基布置：在已確定平臺(tái)面積及工藝設(shè)備布置的前提下進(jìn)行。常采用雙向斜樁成對(duì)稱布置樁數(shù)的確定：和平臺(tái)的使用條件有極為密切的關(guān)系。重力式平臺(tái)的組成和特點(diǎn)組成：上部結(jié)構(gòu)、腿柱、罐體基礎(chǔ)鋼筋混凝土重力式平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)（1）可發(fā)揮多種用途，鉆井、采油、儲(chǔ)油等油田的全部工作。（2）節(jié)省鋼材，用鋼量比鋼平臺(tái)少，（3）盡管它的工程量大，但總工期并不比導(dǎo)管架式平臺(tái)長(zhǎng)。（4）鉆井、采油都在腿柱內(nèi)進(jìn)行（5）防火、抗海水腐蝕、抗疲勞等性能都比鋼結(jié)構(gòu)好。缺點(diǎn)（1）它對(duì)地基要求高（2）木材用量大（3）抗冰性能差。（4）結(jié)構(gòu)分析較復(fù)雜，計(jì)算工作量大。（5）要求較深的施工水域或塢坑，拖航阻力大。鋼制重力式平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較輕巧，自重小，能適應(yīng)不平坦的海底地基，受水平環(huán)境荷載小，拖航吃水較淺，對(duì)振動(dòng)荷載反應(yīng)比鋼筋混凝土平臺(tái)小。鋼——鋼筋混凝土組合型重力式平臺(tái)特點(diǎn)：充分發(fā)揮材料的特性，對(duì)較深的水域，海況惡劣的地區(qū)，軟土地基或地震區(qū)等不利條件，均有較好的適應(yīng)能力。

重力式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與選型特點(diǎn)循環(huán)條件方面：海上的自然環(huán)境條件因素遠(yuǎn)較陸上的條件復(fù)雜得多。平臺(tái)的性能要求方面：設(shè)計(jì)的平臺(tái)首先能滿足工藝及使用要求，以及各個(gè)使用階段或施工拖行過程中可能遭受到破壞，還有溫度應(yīng)力方面的影響。結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算方面：尺度之大陸上鋼混建筑物不能比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。安全度方面：存在很多不確定因素，出事后后果極其嚴(yán)重，需加大安全度。施工條件方面：海上施工條件惡劣，可作業(yè)時(shí)間短，天氣多變。選型：傳統(tǒng)的混凝土沉箱的形式，帶消浪孔壁的結(jié)構(gòu)形式，獨(dú)腿柱到四腿柱的各種結(jié)構(gòu)形式，足夠結(jié)構(gòu)形式。罐體主要輪廓尺寸的確定罐體的平面外形：大多采用圓形，正方形，六邊形或?qū)ΨQ多邊形的形式罐體的截面形式：上頂下底均為扁球殼的圓筒罐，罐頂為扁球殼，罐底為平板的方筒或圓筒罐，環(huán)形殼頂?shù)膱A筒罐，平頂平底箱型罐體截面罐體面積的確定：儲(chǔ)油量等工藝使用要求及建造水域的水深，自然環(huán)境荷載及土質(zhì)條件，施工場(chǎng)地大小等條件。罐體高度及罐頂高程：罐體的高度主要與底面尺寸及要求的儲(chǔ)油量有關(guān)。腿柱外形及腿柱頂部高程的確定：塔形腿柱，帶消浪孔壁的結(jié)構(gòu)形式。張力腿式平臺(tái)平臺(tái)結(jié)構(gòu)通過收緊纜索，使浮體的吃水比靜平衡浮態(tài)更向下沉使浮力大于浮體策略，該剩余浮力由纜索的張力來平衡。形式：垂直張力腿和斜向網(wǎng)狀張力腿兩種?；顒?dòng)式海上平臺(tái)座底式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成：上部結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、座底沉墊操作程序：拖航，就位，下沉，坐底，鉆井，起浮，拖航。尺寸確定：設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度L：工藝布置要求，平臺(tái)水力特性的要求，地基承載能力的要求，塢修能力的要求及其他因素。設(shè)計(jì)總寬度B：工藝布置要求，底座穩(wěn)定性的要求，漂浮穩(wěn)定性的要求，其他因素。設(shè)計(jì)高度H：沉墊入土深度+設(shè)計(jì)工作水深+靜水面能上能下的波峰升高+波峰與上部結(jié)構(gòu)底部之間的高度自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成：上部結(jié)構(gòu)、樁腿結(jié)構(gòu)、升降裝置操作程序：拖航，就位，下樁、預(yù)壓，升船，鉆井，降船，拔樁，拖航。尺寸確定：結(jié)構(gòu)形式選擇：三角形，矩形，五角形平臺(tái)總高度h（不包括井架）：樁腿入土有效深度+設(shè)計(jì)水深+波峰到靜水面的距離+船體的型深+固樁架高度+樁腿備用長(zhǎng)度平臺(tái)的型寬B：平臺(tái)在極限風(fēng)暴式的站立穩(wěn)性，平臺(tái)在漂浮狀態(tài)的穩(wěn)性平臺(tái)的型深H：艙內(nèi)待布置的機(jī)械、設(shè)備最高尺底，平臺(tái)雙層底和其他結(jié)構(gòu)的高度平臺(tái)吃水深度T：T/H=0.66~0.75平臺(tái)的長(zhǎng)度S：V/（B·T）半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成：上部結(jié)構(gòu)、立柱與桁撐、下潛體立柱的作用：一方面與桁架共同工作將上部結(jié)構(gòu)支持在下潛體上；另一方面平臺(tái)潛浮時(shí)，提供一定的水線面，使平臺(tái)取得穩(wěn)性桁撐結(jié)構(gòu)的作用：將上部結(jié)構(gòu)、立柱和下潛體三者聯(lián)結(jié)起來，使其成為一空間結(jié)構(gòu)，有效地將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到平臺(tái)的立柱和下潛體上，并對(duì)風(fēng)浪荷載所產(chǎn)生的力再分布。通常為管型水密結(jié)構(gòu)，設(shè)置環(huán)形肋骨。有水平、垂向和斜向桁撐下潛體：水密殼體結(jié)構(gòu)，作用：提供浮力，支撐平臺(tái)全部重量和減少平臺(tái)的整體運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)海況：設(shè)計(jì)水深：半潛式平臺(tái)適應(yīng)于深水，一般在10米~600米，經(jīng)濟(jì)水深為100~300米。對(duì)動(dòng)力定位的半潛平臺(tái)，不受水深限制設(shè)計(jì)工況：1）平臺(tái)滿載，半潛吃水此種工況下為：靜水、無波浪、平臺(tái)不運(yùn)動(dòng)。主要用來分析結(jié)構(gòu)在重力、浮力作用下的強(qiáng)度。2）滿載、半潛吃水、有一定的升沉運(yùn)動(dòng)核算平臺(tái)有升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)的強(qiáng)度，升沉運(yùn)動(dòng)主要由涌浪、海嘯或地震引起。升沉運(yùn)動(dòng)會(huì)引起平臺(tái)自重的增加，而且以向上的加速運(yùn)動(dòng)為結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)15、集輸貯運(yùn)系統(tǒng)類型：全陸式、半海半陸式和全海式全陸式油（氣）集輸系統(tǒng)：特點(diǎn)：有利于對(duì)所有的設(shè)備和裝置的使用、維修保養(yǎng)和管理等，但所需的棧橋和管線是很可觀的；而且在管道輸送中出現(xiàn)混輸?shù)牟缓侠憩F(xiàn)象。適用范圍：這種全陸式的系統(tǒng)，只是在近海低產(chǎn)油田才考慮是否采用。就是說，即使是近岸低產(chǎn)油田也不一定采用全陸式。半海半陸式油（氣）集輸系統(tǒng)：特點(diǎn)：把工作量大、設(shè)備龐雜的設(shè)施和儲(chǔ)罐移到陸上，盡量減少海上集輸和貯運(yùn)建筑物。但往往需要較多的海底管線。適用范圍：對(duì)離岸雖較遠(yuǎn)，且井?dāng)?shù)較多，產(chǎn)量大而穩(wěn)定的海洋油田，多數(shù)采用這種系統(tǒng)。全海式油（氣）集輸系統(tǒng)：臺(tái)上式系統(tǒng)：特點(diǎn)：貯油制度設(shè)置于平臺(tái)上受平臺(tái)面積和荷載能力的限制，貯油罐的容量往往不會(huì)太大（一般約3000~5000米3）。加上運(yùn)油駁船往返航行經(jīng)常收受到海上多變的氣候環(huán)境影響，往往由于貯存容量的限制會(huì)直接影響油井的正常生產(chǎn)，而且臺(tái)上貯油不安全。適用范圍：該系統(tǒng)只適用于生產(chǎn)量低、海洋自然環(huán)境條件又允許的海域。平臺(tái)——單點(diǎn)系統(tǒng)：國(guó)外目前正在使用的這類設(shè)施，多數(shù)貯油船容量為50000~7000噸，大的可達(dá)150000噸以上。平臺(tái)——貯罐系統(tǒng)：將海中油罐設(shè)置在平臺(tái)附近的合適位置，油輪裝油通過海中油罐。海底管線設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）設(shè)計(jì)資料的收集、分析整理和匯總；