海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法——工作应力设计法外文翻译资料

 2022-07-29 15:20:50

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海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法——工作应力设计法

  1. 定义

固定平台——一种借助于桩并扩展基础或用其他方法制成于海底，而上部分露出水面，为了预定目的能在较长时间内保持不动的平台。

住人平台——人员在上面正式的和连续的居住和生活的平台。

无人平台——人员可能在其上工作一段时间，但无居住和生活设施的平台。

操作者 ——由业主雇佣进行作业的个人、厂商、公司和其他组织。

ASCE ——美国土木工程师协会

ASME ——美国机械工程师协会

AIEE ——美国电气工程师协会

ASTM ——美国试验和材料协会

API ——美国石油学会

AWS ——美国焊接协会

AICS ——美国钢结构学会

IADS ——美国钻井承包商协会

NFPA ——美国消防协会

OTC ——近海技术会议

ACI ——美国混凝土学会

NACE ——美国防腐蚀工程师协会

  1. 规划

1.1 概述

1.1.1 规划

本出版物是为那些从事近海区域油气的钻探、生产和贮存平台的设计和建造的有关人员提供指导。 另外，在有必要确定结构的“适用性”的情况下，还提供了对现有平台进行评估的指导方针。 在开始实际设计之前，应进行充分的规划，以获得可行和经济的海上结构来执行给定的功能。 初步规划应包括确定平台设计所依据的所有标准。

1.1.2 设计标准

本文使用的设计标准包括可能会影响平台的详细设计所有操作要求和环境条件。

1.1.3 规范和标准

本推荐作法纳入并最大化使用已经找到的现有规范和标准，从公共安全的角度来看，可以接受工程设计和实践。

1.2 操作考虑

1.2.1 功能

设计平台的功能通常分为钻井，生产，储存，物料搬运，生活区，或这些组合。 平台配置应通过对位于甲板上的设备布局的研究来确定。 在决定最终尺寸之前，应仔细考虑设备的间隙和间距。

1.2.2 位置

在设计完成之前，平台的位置应该是特定的。 环境条件因地理位置而异; 在给定的地理区域内，基础条件将随着设计波高，时段和潮汐等参数而变化。

1.2.3 方位

平台的方位是指其在参照固定方向（如正北）的方案中的位置。 导向通常受当前海洋，风，潮流和操作要求控制。

1.2.4 水深

需要有关水深和潮汐的信息选择适当的海洋学设计参数。 水深应尽可能准确地确定，以便决定登艇平台、防撞构件、甲板和防腐区域的高程。

1.2.5 通道和辅助系统

楼梯和进出船的位置和数量应受安全考虑。 应该安装至少两个对载人水平的通道，并应设置在不同的条件下进行逃生均为可能的布置。 楼梯的位置也应考虑操作要求。

1.2.6 防火

人员的安全和可能的破坏设备需要注意防火方法。 系统的选择取决于平台的用途。 程序应符合有关部门的法规。

1.2.7 甲板高度

波浪冲击平台的下甲板和设备时产生大的力量和倾覆力矩。 除非平台被设计为抵抗这些力，否则甲板的高度应足以在设计波峰顶提供足够的间隙。 此外，应考虑提供“气隙”以允许大于设计波的波浪通过。 气隙指南见2.3.4d.3和2.3.4g。

1.2.8 油井

暴露的油井隔水导管会增加环境力，这些导管应加以支撑。 他们的数量，大小和间距应该在规划阶段早期知道。 导体管可能或可能不会有助于抵抗波浪力。 如果将平台设置在水面以上的井口上的现有井上，则需要关于采油树的尺寸，导体管的尺寸以及套管头法兰和井口顶部高于平均低水的信息。 如果现有的井是临时海底完井，那么计划应该是用于定位井并正确设置平台，以便井可以稍后延伸到水面之上。 规划应考虑未来增加油井的需要。

1.2.9 设备和材料的布置

在设计开发中需要考虑钻井设备和材料的布局和重量。 应该定位平台上的重型集中载荷的分布情况，以便可以规划适合支撑这些载荷的框架。 如有可能，应考虑未来的运作。

1.2.10 人员上下和材料装卸

处理人员和材料应该是在平台设计开始时规划，供应船的类型和尺寸，以及将其保持在平台上所需的锚固系统。 船舶着陆的数量，大小和位置也应该确定。 甲板起重机的类型，容量，数量和位置也应该确定。 如果将设备或材料放置在下甲板上，则应根据操作要求在上甲板上提供适当尺寸和方便的舱口。 应考虑使用的直升机的可能性，并为其使用提供便利。

1.2.11 泄露和污染

应提供处理溢出物和潜在污染物的措施。 应设置收集和储存液体进行后续处理的甲板排水系统。 排水和收集系统应符合适当的政府规定。

1.2.12 暴露

所有系统和组件的设计应该预计在现场可能会遇到的极端环境现象。

1.3 环境考虑

1.3.1 气象和海洋水文的一般考虑

在确定影响平台站点的相关气象和海洋条件时，应咨询有经验的专家。以下各节提供可能需要的信息的总体概述。在与平台设计师和气象海洋学专家协商后，应选择现场所需的信息。应统计分析，以开发正常和极端环境条件的描述。
1.正常环境条件（在结构的寿命期预计经常发生的条件）在平台的施工和使用寿命期间都很重要。
2.极端条件（在结构寿命期间很少重复发生的条件）在制定平台设计载荷方面很重要。
所有使用的数据都应仔细记录。应该注意估计的可靠性和所有数据的来源，并且应该定义将可用数据开发成所需环境值的方法。

1.3.2 风

风力作用在水面以上的结构部分，以及位于平台上的任何设备，甲板室和井架上。风速可分为：（a）平均持续时间不到一分钟的阵风，（b）持续时间平均为1分钟或更长的持续风速。风数据应换算到标准高程，如平均水位以上33英尺（10米），具有指定的平均时间，如一小时。风数据可以使用标准配置文件调整到任何指定的平均时间，如1小时。使用标准的剖面和阵风因素（见2.3.2），风资料可以被换算为任意规定的平均时间或高程。

在某些情况下，应规定平均风速波动范围。例如，在深水中的合适的结构，如牵索塔和张力腿平台可能在一分钟的范围内具有自然摇摆时间，其中在风速中存在显着的能量波动。

在确定适当的设计风速时，应考虑以下因素：

对于正常情况：

1. 月或季规定的持续风速在不同方向的出现频率。

2. 月或季规定界限值以上的持续风速的持续时间。

3. 相应于持续风速的可能的阵风风速。

对于极端情况：

应制定指定方向的极端风速和平均次数作为其复发间隔的函数。 应提供以下数据：

1.测量地点，发生日期，测量阵风的幅度和持续的风速，以及在预测的极端风中发展时使用的记录的风力数据的风向。

2.当指定方向的持续风速超过特定的下限风速时，在结构的规定寿命期间的预计出现次数。

1.3.3 波浪

风成浪是海洋平台环境力的主要来源。这种波浪的形状不规则，高度和长度是变化的，并且可以同时从一个或多个方向接近平台。由于这些原因，波浪施加的力的强度和分布难以确定。由于技术因素的复杂性，必须在制定平台设计的波浪依赖标准时考虑，因此应咨询有关气象学，海洋学和流体力学领域知识的经验丰富的专家。
对以前的海洋水文资料不充分的区域，波浪依赖设计参数的发展至少应包括以下步骤：
1.开发所有必要的气象资料。

2.推算海面风场。
3.使用分析模型预测沿风暴轨迹的深水一般海洋状况。
4.与地理限制相一致的最大可能海域的定义。
5.对深水海况划定等深效应。
6.使用概率技术，以预测平台现场对各种时间基准的事件的发生概率。
7.通过物理和经济风险评估开发设计波参数。
在具有相当丰富的海洋条件知识和经验的地区，上述顺序可能会缩短为将此过去知识投入所需设计参数所需的步骤。在考虑了第1.5节中列出的所有因素后，平台所有者有责任选择设计海洋状态。在建立海况数据时，应考虑以下几点：

对于正常情况（既对海浪又对涌浪）：

1.对于每个月和/或季节，根据一般海洋状况描述参数（例如，一般海域描述参数），各个海域（例如，高于10英尺（3米）的波浪）的发生概率和平均持续时间与指定方向 ，有效波高和平均波周期）。

2.与上述第一节海域同时出现的风速，潮汐和潮流。

对于极端情况：

极端海况的确定应该提供一个判断，如对在结构的整个生命周期内可能从任何方向接近平台位置的一定高度以上的所有波浪的数量，高度和波峰的高度的洞察。 应该根据预期的平均重复间隔来开发和呈现从指定方向预测的极端波高。 应研究的其他数据包括：

1.相应于极端波高相关的波浪周期的可能范围和分布。

2.其他波高的预测分布，最大波峰高度以及海域中的波能谱产生极端波高。

3.可能与海况同时发生的潮汐，潮流和风，产生极端的浪潮。

4.历史海域产生的事件的性质，日期和地点用于确定设计值（例如，飓风卡米尔，1969年8月，美国墨西哥湾）。

1.3.4 潮汐

潮汐是平台设计中的重要考虑因素。

潮汐可分为：（a）天文潮，（b）风潮和（c）压差。 后两者经常结合，称为风暴潮; 三潮的总和被称为暴风潮。 在固定平台的设计中，风暴潮的高程是基准面。 然而，日常天文台的高程变化决定靠艇平台、防撞构件、钢构件飞溅区和海生物区上限的高程。

1.3.5 流

流在固定平台的设计中是重要的。因为它们影响：（a）靠艇平台和防撞构件的位置和方向，（b）平台上的力。

在可能的情况下，应该靠艇平台和防撞构件的设置应使船只能顶流靠到平台上。

最常见的电流类别是：（a）潮汐流（相应于天文潮），（b）环流（相应于大洋范围的环流形式），（c）风暴产生的流。 这三个流的矢量和是总海流，指定流的速度和方向是流剖面。 应制定平台设计规定与产生极端波浪的海域相关的总体流曲线。 每个月和/或季节的不同深度的总当前速度和方向的总流的发生频率对于规划操作可能是有用的。

1.3.6 冰

在一些正在进行石油开发的地区，低温的温度可以在今年的大部分时间里占有，造成海冰的形成。这些地区可能存在海冰，如第一年板冰，多年浮冰。一年和多年压力隆起冰脊或冰岛。由冰特征产生的载荷可以构成最严重冰域的海洋平台的主要设计因素，如阿拉斯加博福特和楚科奇海域以及诺顿声音。在较温和的气候条件下，例如南部白令海和库克进口，管制设计因素可能是地震波或波浪形，但冰特征仍将影响所考虑平台的设计和建造。单个公司和联合行业组织正在进行冰力学研究，制定北极和亚北部海域的设计标准。全球冰力因平台尺寸和配置，平台位置，冰障模式等因素而异。单位冰强度：单位冰强度取决于冰的特征，温度，盐度，载荷速度和冰组成。在设计中使用的力量应与合格的专家协商确定。 “API推荐做法”2N概述了在北极和北极海域的设计和建造中应该解决的条件。

1.3.7 地质活动过程

1.3.7a 概述

在许多近海地区，与近地表沉积物运动相关的地质过程发生在与固定平台设计相关的时间段内。 潜在海底运动的性质，幅度和返回间隔应通过现场调查和明智的分析模型进行评估，以确定对结构和基础的影响。 由于这些过程的定义存在不确定性，研究的参数化方法可能有助于设计标准的制定，参数研究方法可能是有用的。

1.3.7b 地震

确定有地震活动的地区，在平台设计中应考虑地震力。在以前的地震活动记录的基础上，地震活动被认为是发生频率和数量上的地震活动。根据对这些结构的破坏程度的严重程度来评估一个地区为海上设计设计的地震活动。美国沿海地区的地震风险详见图C2.3.6-1。也可以在详细调查的基础上确定一个地区的地震。地震考虑应包括对平台地面土壤表面土壤的调查，因液化不稳定，地震活动引发的海底滑移，场地对断层的距离，平台期间预期的地面运动特征以及可接受的地震风险。应对可能遭受海啸的浅水中的平台进行调查，以获得最终的力的影响。

1.3.7.c 断层

在某些海区，断层面可能延伸到海底，具有垂直或水平运动的潜力。 由于地震活动，从深层液体的移动，或与大规模沉积或侵蚀相关的长期蠕变，可能会发生故障运动。 如果可能的话，应避免选择与海底相交的断层附近的设施。 如果情况决定了靠近潜在活动特征的选址结构，预期运动的规模和时间尺度应该根据平台设计中使用的地质研究资料来评价可能的运动的量级和时间范围。

1.3.7d 海底不稳定性

海底运动可能由于液压力、地震、土自重或这些因素的组合对土地作用的载荷而运动。
在海底波浪压力很大的地区发生的弱固体沉积物最容易受到波浪引起的运动的影响，并且在可忽略的倾斜角度下可能是不稳定的。在现有的自重力和波浪条件下，地震引发的力量可能会导致海底斜坡失效，否则其稳定性。在快速沉降的地区，如积极生长的三角洲，低土壤强度，土壤自重和波浪压力被认为是不断移动沉积物下坡的地质过程的控制因素。在这些条件下的重要平台设计考虑包括沉积物在受到强波压力的地区大规模移动的影响，不受波浪 - 海底相互作用直接影响的地区的下坡蠕变运动，以及沉积物侵蚀和/或沉积对平台性能。在潜在不稳定领域的现场调查范围应侧重于确定场地周围的亚稳态地质特征，并确定建模和估算海底运动所需的土壤工程性质。土壤运动的分析估计作为泥线以下的

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