Spar平台技术难点

本文摘要（由AI生成）：

本文概述了Spar平台设计的技术难点，重点以经典Spar为例。Spar平台因其圆柱结构导致复杂的力学特性，面临流载荷大、涡激运动严重、马修不稳定现象等挑战。此外，Spar的结构分析、低频载荷影响和疲劳问题也需特别考虑。安装过程复杂且成本高昂，但Spar仍是深水油气田开发的重要选项。尽管存在诸多技术难点，Spar平台的设计和应用仍展示了其独特优势和潜力。

我本人有幸做过Spar平台的设计工作，结合我自身的经验以经典Spar为例简单讲讲Spar平台的技术难点。

海洋工程有这样一个特点，越是看似简单的系统，其力学性能越复杂。Spar就具有这样的特点，你别看他一个圆柱，貌似很简单，其中的力学问题非常复杂，结合spar的力学特性，其技术难点有：

1.  大吃水造成流载荷较大，对系泊系统要求高

Truss Spar好一点，经典Spar的吃水动辄100、200m，流载荷在3000吨量级左右，是主要的环境载荷且无法通过系泊优化来减小影响。造成系泊系统很重，成本较高。

2.   由于Spar是圆柱结构，存在“涡泄”现象，造成平台有明显甚至严重的涡激运动

涡泄频率与平台固有周期接近时会产生共振，即涡激运动（VIM)，由于阻尼水平和系泊刚度较低，VIM通常都较大，横向幅值有时甚至会超过1倍直径。对系泊系统安全构成比较严重的影响。

另外存在与涡泄频率构成1:2的纵向脉冲载荷，该载荷会加剧平台纵向运动，但是载荷量级较小，对于系泊设计影响有限。

图1 圆柱涡泄

2.  马修不稳定。不加优化的spar平台升沉周期与横纵摇很有可能构成1:2的关系，从而产生马修不稳定现象

马修不稳定简单理解就是Spar升沉横纵摇会产生能量传递，使得运动变大。这个现象理论上存在，实际运行中是否真的产生我对此表示怀疑。但设计中应当避免这种现象出现的可能性，真出了事肯定还是设计人员背黑锅，当初做的时候就别给自己挖坑。

3.   Spar结构情况完全不同于传统浮式结构

Spar的结构分析是个难题。因为通常来说，水面结构物的极限载荷都是波浪，通过设计波法可以很好的解决强度问题。Spar水线面小，主要载荷沿着纵向传递，它的弯矩剪力是竖向的，而不是横向的。这时一般的设计波法已经不适用了。

另外，由于Spar平台共振周期长，在结构设计中需要考虑低频载荷影响。还有一点就是疲劳问题。传统的水线面结构物的疲劳问题基本上是波致疲劳，Spar由于共振周期长，使得低频载荷的疲劳贡献不能忽视。

不过Spar的一个优点就是它不同于一般的板箱结构，它本质上是壳结构。大家都知道壳结构的优点，所以一般情况下Spar可以通过自身结构特点实现更经济的用钢量。

4.不好安装。费时、费钱、费力

Spar的安装是现有平台中最难的、最贵的、最花时间的（TLP有一拼）。Spar要经过干拖、浮卸、扶正、压载、组块安装五大步骤，每个步骤都需要大量的辅助船舶进行作业。常规来讲，步骤越少，安装越经济安全。Spar不好安装的缺点也是影响油公司在做出选择时候的重要因素之一。

尽管如此，当今世界上依旧有20座平台投入或即将投入使用，而Spar这个概念提出也才不到30年。相比于其他浮式平台，Spar还是“新概念”。Spar依旧是一些难以开发的深水超深水油气田的首要选项。