张力腿平台(TensionLegPlatform,简称TLP平台),是一种支撑腿带有张力的平台,由3组或4组垂直的张力腿锚固于海底基础,每组张力腿有2~4根张力筋腱,是一种竖向刚性很大的锚固系统。这种结构使TLP平台的吃水深度比静平衡状态大,因而所受到的浮力大于整个平台的重力。为达到平衡状态,剩余的浮力由筋腱结构的张力来平衡,这也是“张力腿”平台名称的由来,张力腿平台是真正做到刚性固定的浮式平台。
从结构上划分,张力腿平台由平台上体、立柱(含横撑、斜撑)、平台下体(含沉箱)、张力腿和锚固基础组成,平台上体、立柱、平台下体并称为平台本体。
平台上体是指TLP平台底甲板以上的部分,设有生产、生活设备和设施。平台立柱多采用较大直径的柱体,一般在十几米左右,为其提供部分浮力和保证平台足够稳性;为了保证强度,有的立柱间还设有横撑和斜撑。平台下体主要由沉箱组成,按沉箱的形式可以将其分为整体式、组合式、沉淀式三大类。平台下体的作用是为平台提供大部分浮力;其剩余浮力为张力腿系统提供预张力;与立柱一起保证平台的稳性和适宜的浮态。张力腿系统下端直接固定在锚固基础上,锚固基础起到固定平台、精确定位的作用。
1984年8月,世界上第一座张力腿平台HuttonTLP在北海距挪威海岸175千米的海域开始服役。除传统式TLP平台外,还有迷你式TLP、海之星TLP和扩展式TLP,这三种新型结构均出现于20世纪90年代初期,在继承传统式TLP平台优良运动性能和良好经济效益的同时,通过技术改进,使其更适用于深水作业,并降低了建造费用。
迷你式TLP由四根细长角柱和一个水下浮式基座构成,平台的浮力主要由水下浮式基座提供;基座中央为一正方体,在4个角上沿对角线向外延伸,形成4条悬臂式浮筒结构。海之星TLP的主体由一个垂直悬浮的圆柱体结构和三根矩形截面的水平浮筒组成。扩展式TLP与传统式TLP相似,每一浮筒向外延伸成悬臂梁。
TLP平台有许多优点:(1)平台由张力腿固定于海底,平台运动很小,几乎没有竖向位移和转动,整个结构很平稳。(2)可以使用“干式采油树”,使钻井、完井、修井等作业和井口操作变得简单,且便于维修。由于平台的位移很小,使得可以从平台上直接钻井和直接在甲板上进行采油操作,从而降低了采油操作费用。(3)简化了钢悬链立管(SCR)的连接。平台运动的减少相应地对疲劳的要求降低,这对SCR的连接起到了很大的帮助。(4)能同时具有顶张力井口立管和悬链式立管。(5)平台固有周期可避开波浪能量集中的频率范围,技术成熟,可应用于大型和小型油气田,水深也可从几百米到两千米,且造价则随水深的增加变化较小。
张力腿平台不足的方面主要有:(1)对上部结构的重量非常敏感。载重的增加需要排水量的增加,因此又会增加张力腿的预张力和尺寸。(2)没有储油能力,需要使用管线进行外输。(3)整个系统刚度较强,对高频波浪力比较敏感。(4)由于张力腿长度与水深呈线性关系,而张力腿费用较高,因此水深一般限制在2000米之内。
TLP平台在深水油田或深水边际油田中已得到广泛应用,全球TLP平台共计30座,作业水深范围在147~1710米之间。工程师还在不断改进设计手段使结构更轻、更经济,改进浮体形状以提高其动力性能,研究新型张力腿材料以解决水深限制问题。