摘 要：近些年来，国外海洋油气资源开发的步伐已经逐步迈向深水，很多新型海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，立柱式生产平台（SPAR）就是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一，国内对SPAR平台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。本文对国外现有17座SPAR平台的发展现状进行综述，对SPAR平台的发展、整体组成和主要特点进行了研究，介绍了SPAR平台的作业海域、作业水深、平台尺度等关键技术参数，对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。通过分析明确了当前国外SPAR平台的发展现状与趋势，以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。 关键词：立柱式生产平台；深水；上部组块；关键技术参数
一、概述
随着人类开发海洋的步伐逐渐迈向深海海域，很多新型的海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，SPAR平台就是近年发展起来的应用于深海的浮式平台之一。自20世纪90年代以来，SPAR平台被应用于人类开发深海油气资源作业中，担负了钻探、生产、海上
原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向之一。
目前世界上常用的深水生产装备有FPSO、半潜式生产平台、SPAR、TLP等。风雨张居正
SPAR平台相较于其它深水浮式生产平台，具有稳性好，运动性能更优的特点。SPAR是一种深吃水平台，因其重心位于浮心下方而具有恒稳性，恶劣海洋环境条件下安全性具有无可比拟的优势。由于吃水深、水线面积小，SPAR 平台的垂荡运动比半潜式平台小，与张力腿平台相当，在系泊系统和主体浮力控制下，具有良好的运动特性，特别是垂荡运动和漂移小，适合于深水锚泊定位，对系泊系统和立管的相关技术要求相对较低，工程成本具有明显优势。特别因其优秀的运动性能，使SPAR微核试验
成为目前主要的适用深水干式井口作业的浮式平台，可大大降低运营周期内的维护费用，深受业主青睐，具有非常好的市场应用前景。 目前世界上建成的SPAR平台有三种类型，按出现的时间顺序分别是：传统型（Classic SPAR）、桁架型（Truss SPAR）、蜂巢型（Cell SPAR），如图1所示。
这三种类型的平台的主体部分都可以划分为硬舱、中间段、软舱三部分。其中硬舱的作用主要是提供浮力，保护中央井及立管，提供可变压载；软舱的作用主要是提供固定压载，
降低平台重心；传统型SPAR的中间段可以储油，桁架型和蜂巢型SPAR的中间段主要起连接作用，同时位于中间段的垂荡板还可以起到增加附加质量，降低垂荡响应，延长固有周期的作用。固定压载舱室一般位于软舱底部，主要起到降低平台重心的作用；可变压载舱室一般位于软舱上部及硬舱底部，主要起到调节平台平衡、改变平台吃水的作用；其它部分的舱室一般为空舱。
SPAR平台目前在国际上属于高度垄断的技术，仅有hfglTechnip和J. Ray. McDermott两家公司能够进行完整的设计、建造、安装，在已投入使用的所有17座SPAR平台都出自这两家公司，其技术壁垒严重，专利费用高昂[1]。
图1 现有SPAR平台分类
中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院作为工信部“立柱式生产平台（SPAR）关键设计技术研究”课题的参研单位，负责“SPAR平台功能及设备确定”、“SPAR平台作业系统方案设计”、“SPAR平台上部组块方案设计”和“SPAR平台电气系统设计研究”专题的研究开发工作。通过课题研究完成自主知识产权SPAR平台设计方案并形成工程项目需要的初步开发设计技术能力，为将来工程项目提供技术参考和与国外技术机构相衔接所必需的技术基础，尽快提高国内海洋工程装备的制造能力，对国家资源安全有着重要意义。
二、SPAR平台的发展现状
江阴城南小学SPAR平台技术应用于海洋开发已经超过30年的历史，但在1987年以前，SPAR平台主要是作为辅助系统而不是直接的生产系统。到目前为止SPAR平台已经发展到第三代：
第一代传统型SPAR平台（Classic SPAR）的主要特点是主体为封闭式单柱圆筒结构，结构外形巨大。世界上第一座传统型SPAR平台是于1996年建成的Neptune平台。传统型SPAR平台共有三座，其他两座分别是1999年建成的Genesis平台和Hoover/Diana平台，其中Genesis平台也是世界上第一座配备钻井模块的、同时具备钻采功能的SPAR平台。 第二代桁架型SPAR平台（Truss SPAR）解决了Classic SPAR由于其主体尺寸较大、有效载荷能力不高、平台建造成本较大等问题。与Classic SPAR相比，Truss SPAR的最大优势在于其钢材用量大大降低，从而能有效地控制建造费用，因此得到广泛的应用。世界上第一座Truss SPAR平台是于悠一悠2001年建成的Nansen平台（见图2）。Truss SPAR平台是目前建成使用最多、应用最为广泛的SPAR平台类型。
由于第一代和第二代SPAR平台体积庞大，造价昂贵，实际工程要求降低造价、体积和提高平台的承载效率。第三代SPAR平台为此对主体结构进行了进一步的改进。Cell SPAR平台采用组合式主体结构以取代SPAR平台传统的单圆柱主体结构，组装时以一个小型圆柱为中心，将其他的圆柱体环绕捆绑在该中心圆柱体上，形成一个蜂巢形（Cell）的主体结构。世界上唯一一座Cell SPAR平台是2004年建成的Red Hawk平台（见图3）。
图2 在墨西哥湾就位后的Nansen平台 2012广州中考数学图3 Red Hawk平台
三、SPAR平台典型整体组成
在已投入使用的17座SPAR平台中，桁架型（Truss SPAR）有13座，是当前世界上应用最为广泛的SPAR平台。典型的SPAR平台主要由四部分组成：上部组块、主体、系泊系统和立管系统，如图4所示（桁架型SPAR平台为例）。
1．上部组块
三种类型SPAR平台的上部组块布置基本类似，SPAR平台上部组块通常由两层至四层矩形甲板桁架结构组成，依据平台的功能定位配备有钻修井模块、柴油发电机组、吊机、油气处理装置、生活楼和直升机甲板等设施，可以进行钻井、修井、油气处理等其它组合作业。依据平台功能定位可以将上部组块分为钻（修）井甲板、中间甲板、生产甲板和底层甲板，钻（修）井甲板钻台面布置绞车、转盘等钻井设备、司钻房；中间甲板布置生活区、公用设施等，提供钻井井架、直升机甲板支撑；生产甲板布置油气处理装置、生产设备、操作间、控制间等；底层甲板布置柴油发电机组、井口和井口装置等，并提供与下部主体的连接支撑。
2．主体
传统SPAR平台的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。硬舱位于主体的上部， 是整个平台系统的主要浮力来源。硬舱为多层多舱结构，每一层都由水密甲板分隔，而每一层又由从中央井的拐角处伸出的径向防水壁进一步地分为四个隔舱，以提高主体的抗沉性。用于储藏柴油、原油、甲醇、饮用水等的容器通常建在平台硬舱的顶部。位于水线处的舱层还包含有附加的双层防水壁结构以降低平台由于船只碰撞破损后的灌水体积；中间部分是储存舱，用以储存平台生产的油气；在平台建造时，主体底部为平衡/稳定舱，当平台拖航就位后准备开始生产时，这些舱则转化为固定压载舱，主要用来降低重心高度；底部舱层通常作为可变压载舱，用于吃水控制，其它舱层作为固定浮舱；另外，在主体的外壳上还装有2~ 3列侧板结构，沿整个主体的长度方向呈螺旋状布置。螺旋形侧板能够对经过平台圆柱形主体的水流起到分流作用，从而可以减少平台的涡激振动。
桁架式SPAR平台的主体部分由硬舱、桁架和软舱组成，以桁架结构代替传统式SPAR平台柱体的中部结构，作为硬舱与软舱之间的刚性连接。桁架结构有效地降低了平台主体在竖直平面上的投影面积，从而降低平台的水平外力载荷，减小了在水平方向上的运动响应。
桁架上水平设置的垂荡板增加了平台在垂荡运动时的附加质量和阻尼，降低了平台垂荡运动的固有频率，从而减少了与波浪频率发生共振的可能性；平台主体在桁架以下的部分为软舱，位于平台的最底部。在安装阶段，软舱为平台主体在水中水平漂浮提供浮力。平台竖立后，固定压载将存放于软舱，可以降低平台重心，使得平台重心低于浮心从而保证平台的无条件稳性。
蜂巢型SPAR平台的主体由一束圆柱体在它们空隙间的水平的和垂直的结构单元连接而成。其上部硬舱由多个外圆柱围绕1 个中心圆柱组成，上部圆柱提供整体所需浮力；下部由外圆柱中的3 个延伸到底部的圆柱腿构成；压载舱在这些圆柱腿的底部，以确保平台具有足够的稳定性；垂荡板装在圆柱腿上，提供较大的垂荡附加质量和附加阻尼，适合刚性立管。同其他SPAR 平台一样，由于浮心高于重心，蜂巢型SPAR同样非常稳定。
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