深海半潜式平台锚泊定位系统优化设计

　　摘要：目前，国外有许多深水作业平台采用锚固定位。我国海洋油气资源开发尚处于早期和中期，但我国深海油气藏开发尚处于初级阶段。研究和掌握深水锚固系统对我国海洋工程装备的发展具有重要意义。

　　一、深海半潜式平台锚泊形式

　　目前，国际深海半潜平台普遍采用紧凑型锚泊系统。深水半潜式钻井平台的锚固定位系统更为复杂，在海上设计和安装更为困难。抛锚平台定位系统的设计标准一般有以下两种：所有锚索都完好无损；锚索断裂后平台处于新的平衡状态。对由于采用永久锚泊系统的生产平台在台风等恶劣天气来临前不能移动，对于在深海作业的半潜式平台，传统的悬挂链式锚固系统不能完全适用。深海半潜式锚固系统一般由四部分组成：平台末端的链条、立柱外侧的锚链导向轮装置、锚索和海底锚固设备（锚头）。对于深海半潜式平台，早期浅水作业的生产平台可采用链式锚固系统。而深海半潜生产平台的海上安装，一般是在特种作业船上进行，完成大部分锚索和锚固，然后在多用途作业船上完成平台与预装锚索和锚固的对接，最后调整钻井平台锚索张力进行定位。这种定位方式无法迅速将平台恢复到可移动状态，因此在永久锚泊系统中，一般不需要考虑位置装置移动的可能性。

　　二、深海半潜式平台锚泊定位系统优化设计

　　1.设计标准。半潜式钻井平台，远离其他海上设施，一般需要进行全状态计算。为了评估环境参数（波与低频运动相结合）的风险程度，进行了参数研究。因此，采用上述方法可计算平台的最大位移偏差是否在操船手册允许范围内。另一种选择是利用平台移动的时间框架对风暴条件下的模型进行建模或定义。超出上述定义的机动能力，可通过概率方法对不同类型的船舶、水深、环境条件和锚地类型进行评估。钻井条件下的平均偏差必须控制，因为这直接关系到钻杆接头的平均球形角。一般来说，下限适用于深水工程，而上限则适用于浅水工程。允许的平均偏差必须通过隔水管位移偏差角度分析来确定，隔水管位移偏差是由作业水深、环境条件和隔水系统性能等诸多因素决定的。模拟或模拟的时间必须足够长，才能获得风暴期间应对措施的最可靠预测。对于特别指定的风暴周期，应多次模拟并使用相关的统计技术，编制最大响应预测。最大允许偏差通常在8%到12%的深度。平台相对于海底油井位置的位移应加以控制，以避免钻杆损坏；为了使钻探继续进行，允许的平均偏差通常在工作面深度的2%到4%之间。钻井时，平台在最大风暴荷载条件下，应控制其最大偏差，防止隔水管系统上部饶性接头断裂。只有在满足了所有条件的情况下，才需要分析钻井作业中平台的偏差。当隔水管与海底分开时，运动范围的大小不受限制。最大允许偏差应通过钻杆分析确定。最大允许偏差还取决于操作深度、环境条件和隔水管防喷器系统性能等因素。

　　2.设计工况。在设计移动式钻井平台停工系统时，必须根据最大设计模式、最大工作模式和最大连接模式三个环境条件进行检查。最大连接方式是指在保持水下钻井隔水管连接时的最大环境条件，在与平台连接时，偏差不应超过水深的10%。最大工作状态是风、浪和水流的结合，保证钻井作业的进行，保证钻井正常，平台偏差应在水深的3%左右，但不超过5%。以便在必要时能够使平台发生重大位移，这些数值应向平台负责人报告，为使放弃船位的计划能够及时实施。最大连接模式应低于最大设计模式，但高于最大工作模式。应了解正常作业的条件，以便及时执行停工计划。最大设计条件是锚固系统最不利的条件，可以认为钻机已经与海底设备分离，钻杆已经修复，钻井平台负责人必须了解连接工作环境的条件，以便为切断或回收隔水管做好准备。

　　3.环境负荷计算。对于半潜式平台，风主要影响高水位结构部位，如立柱、立柱以上甲板设备、平台舱室设备、甲板舱和井架等。在某些情况下，甚至比粘性阻尼更大，忽略它们会导致对低频运动的估计过高。因此，风是半潜式平台设计的重要内容风以一定的速度作用于结构被阻挡时。设计中使用的风必须来自收集到的风数据，并且必须与其他相关的环境参数相匹配。风可以被认为是稳定的，也可以被认为是稳定的部分和分成随时间变化的组合。同时，它们也受到系统阻尼的很大影响，因此在计算低频运动时正确估计阻尼是很重要的。低频运动预测方法仍在发展中.估计存在相当大的不确定性，特别是在阻尼方面。每月或每季出现在不同流量深度和不同方向的频率对工作计划非常有用。风力可以通过风洞或盆地模型中的试验来确定，由于对自振频率的共振响应，锚固平台处于低频运动频率的窄带内。运动的反应在很大程度上是由锚固系统的刚度决定的。通过流速分布线描述了这些流的矢量和总流量，并指出了垂直流的速度和方向。最近的研究表明，波浪漂移阻尼和锚固系统关系可能相当大。与产生极限波的海况有关的总流速分布线应在锚地工程中注明。在选择合适的速度分布线时，应谨慎行事。在某些地区，流动力可能是荷载设计中的决定性因素。波浪漂移阻尼和锚固系统阻尼比较复杂，常因认识不足而被忽略。

　　三、展望

　　采用水面深度动态定位系统.该定位系统旨在满足平台在各种水深作业中的需求，于是采用了由锚链和绳索组成的组合锚索，目标平台在深度不超过150米的锚地上，比完整的动态形状定位更经济。半潜式平台由于工作深度小，一般都是全锚链或缆索锚固系统。随着工作深度的加深，找不到完全锚链或绳索的形式来满足作战需要。通过对深海半潜钻井平台锚固定位系统的研究，基本掌握了深海半潜平台锚固定位系统的设计要求和分析方法，对与国际先进水平的差距有了更清晰的认识。人们认识到在定位系统方面还有许多需要研究的地方，如合成锚索的应用、国际上最先进的模型试验等。在今后的工作中，需要进一步研究、充分理解和掌握先进的设计分析方法，为未来半潜式平台的开发做好准备。

　　结论：

　　通过优化锚固分析的开发加载，在不改变系统配置的情况下，与传统的经验可重用锚固定位系统配置确定方法不同。符合规范要求的优化设计方法，通过调整配置，提高了锚固定位系统的性能。

　　参考文献：

　　[1]董秋，船舶波浪外荷和水弹性，天津大学出版社，2019

　　[2]任艳蓉，海洋工程波浪力学，天津大学出版社，2020

　　[3]马德，大型半潜式钻井平台安全关键技术研究，中国造船，2019

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