带有水下储油舱的沉垫自升式平台是一种创新,许多技术有待研究。这种平台以较大的储油能力见长,有较好的生产连续性,能够降低成本,提高效益,适合于海上边际油田的开发。在沉垫中储存原油需要用到油水置换技术、原油保温技术、输油立管安装技术等。本文将针对以上技术进行研究,并分析平台迁移及下放过程中,沉垫对桩腿力学性能的影响。文中首先对油水置换式储油舱进行了分类,根据油水置换原理,提出了沉垫储油用的被动式和主动式两种油水置换储油舱,阐述了两种油水置换储油舱的工作原理及工作过程。通过理论与仿真分析,研究有助于油水隔离层平稳运动的储油舱进液口型式,推导三进液口各截面流量关系式。对不同油水置换工艺进行对比,认为应该选用封闭式油水置换工艺,储油舱中的海水往返于主甲板与沉垫之间,以降低污染环境的风险。通过比选,确定适合制作油水隔离层软膜的材料。依据被动式油水置换储油舱搭建实验台,验证油水置换技术的可行性。通过油水置换工艺实验探索油水隔离层的运动规律。对发现的问题进行改进,通过沉垫自升式平台模型实验,对油水置换技术做进一步研究。通过稳态传热学方法,从油水界面热流密度的角度研究油水隔离层的隔热效果。建立储油舱油水界面处的原油散热模型,探索油水置换过程中原油的热量传递规律,为油水置换过程的持续时间以及油水隔离层的选择提供理论依据。建立沉垫储油舱整体散热模型,得到原油储存过程中的散热规律,为储油过程中循环加热的周期提供指导。通过提取原油中关键点的温度变化曲线,确定储油舱原油散热危险点。沉垫与主甲板之间输油立管的安装方式对立管性能有重要影响。首先对输油立管进行了静力学分析,比较不同安装方式对立管力学性能的影响。然后结合立管动力学分析的结果,选择最优的立管安装方式。安装管卡能够显著改善立管的受力状况,对不同管卡数量及安装位置情况下的立管进行了静力学研究,得到采用单管卡、双管卡、三管卡时立管的力学性能,提出立管管卡的安装方式。根据普通自升式平台迁移工况下桩腿弯矩计算方法,对迁移工况下沉垫自升式平台桩腿横摇惯性弯矩及总弯矩进行研究,推导桩腿在主甲板处的弯矩公式,研究桩腿弯矩与沉垫位置的关系,为沉垫自升式平台的迁移提供理论指导。对普通自升式平台和沉垫自升式平台迁移过程中桩腿弯矩的变化规律进行比较,研究沉垫对桩腿力学性能的影响。在桩腿下放过程中,沉垫完全浸没于海水中,属于大尺度方形潜体,需考虑入射波的绕射效应和自由表面效应。采用基于模型试验的近似方法——Froude-Krylov假定法计算沉垫所受波流力。研究沉垫位置与沉垫所受F-K力的关系。分别对普通自升式平台和沉垫自升式平台桩腿下放过程中桩腿最大应力的变化规律进行研究,分析桩腿下放过程中沉垫对桩腿的影响。