海洋环境与钻采工程 第九章 移动式钻井平台的锚泊定位系统

第九章移动式钻井平台的锚泊定位系统第一节锚泊定位概述1、锚泊定位系统它是在海底设置固定的基底设备，用锚泊线将水面系留物（平台）与基底设备联系起来，从而限制系留物（平台）的漂移2、锚系的组成它是由锚（基底设备）、锚链（锚缆）、锚机、锚架、锚浮标等组成。

锚系的分类移动性锚系暂时性锚系永久性锚系3、平台对锚系的要求(1)自升式平台要满足升船前的锚泊定位要求要满足锚泊定位后的移船就位要求要满足拖航过程中对锚泊的要求(2)半潜式平台定位要求最大漂移半径〈5~6%水深常为漂移半径〈2~3%水深拖航与就位的要求控制平台的漂移确保平台的生存拖航时，与自升平台相同移船就位的要求(3)浮式平台的锚泊要求最短出链长度要求：该长度应该大于锚链承受极限张力（1/2锚链破断张力）时的悬链长度，以保证锚前面始终有一段锚链水平躺在海床上，使锚总是承受水平拉力。

锚链张力（锚抓力）试验：即预计的最大锚链张力试验，一般不超过锚链破断张力的1/3。

如张力试验达不到要求，要调大锚爪角，或增加串联锚等。

锚链预张力：根据当平台位移达到5%水深时，锚链张力达到其1/3破断张力来确定4、锚泊系统的布锚方式临时锚泊 定位锚泊第二节 锚泊系统的静力分析一、悬链线它是一种具有均质、完全柔性而无延伸的链或索自由悬挂于两点上所形成的曲线 悬链线方程0cos )cos()(=-++θθθT d dT T （1） 0sin )sin()(=--++wdl T d dT T θθθ （2） θd 很小时，1cos ≈θd ，θθd d =sin忽略θdTd ，则0cos sin =-dT d T θθθ （3） 0sin cos =-+wdl dT d T θθθ （4） 由（4）得：)cos (sin 1θθθd T wdl dT -=，代入（3）得：θθθθθθθθθθθsin cos sin cos )cos (sin cos sin 2d T wdl d T wdl d T -=-=∴ wdl wdl wdl Td θθθθθθθθθθcos )cos (sincos )sin cos (sin sin cos 222=+=+=（5）由（3）得：θθθd dTT sin cos = 代入（4）得0sin sin cos 2=-+wdl dT dT θθθ∴ dl w wdl dT θθθθsin )sin sin cos (2=+= （6）又∵dl dx θcos = （7） dl dy θsin = （8）b b a a o T T T θθcos cos == （9）即悬链线的水平张力相等，由⑹和⑻式，得wdy dT =在a,b 段上积分：⎰⎰=b aT Tywdy dT 0 wy T T a b +=∴ （10）由（5）式得：θθcos w Td dl =，代入（8）式得： θθθcos sin w Td dy =由于θcos o T T =，代入上式得：θθθd w T dy o 2cos sin =积分：θθθθθd w T dy ba o y⎰=⎰20cos sin )11()cos 1cos 1(22+-+=-=∴a b o abo tg tg wT wT y θθθθ （11）同理由⑸和⑺式得 θθd w T dx ocos 1=θθθθd w T dxb a oy⎰=⎰cos 10 )]]()([)1ln()1[ln(1122a b o a a b b o tg shtg shwT tg tg tg tg wT x θθθθθθ---=++-++= （12）由（5）式得：θθd w T dl o2cos 1=θθθθd w T dl b ao l ⎰=⎰20cos 1)(a b o tg tg wT l θθ-=（13）注意：a 点并未与海底相切((9)—(13)是锚链线静力分析的基本公式二、锚泊线静力分析1、 单一成分锚泊线以0=a θ，0T T a =，并将b θθ→，b T T →，y h →，x s →代入⒀ ⑽ ⑿ ⑾ 则可得如下的公式：o T wl tg =θ （14）22)(o o T wl wh T T +=+= （15）)()(11θtg shwT T wl shw T s o o o --==（16）]1)([]11[]11)([22-=-+=-+=o o o o o T ws ch wT tg wT T wl wT h θ （17）以上公式共有七个变量：θ、w 、l 、T 0、T 、h 和s如果已知h 、w 和锚泊线上端所受的水平力Q （Q =T 0）便可由上述公式求出l 、T 、θ、s 若已知h 、l 、w 则可求出最大外力Q m 及θ、T 、s若实际所受外力Q<Q m ，则锚泊线未全部提起,则可根据 h 、w 、Q 计算出实际提起的悬垂长度l 及其它参数若Q>Q m ，则锚泊线全部提起且下端倾角必大于零这时应根据公式⑼至⒀计算各相关参数 2、二成分锚泊线注意各符号的意义 o T Q → 便得：Q l w l w tg )(22111+=θ （18） Q l w tg 222=θ （19）2222112211)(Ql w l w l w l w Q T ++=++= （20）)]()([211111θθtg sh tg shw Q s ---=（21）)(2122θtg shw Q s -=（22）21s s s += （23）]11[221211+-+=θθtg tg w Q h （24）)11(2212-+=θtg w Q h （25）21h h h += （26）上面九个公式中共有十四个变量：若已知w 1、l 1、w 2、l 2、h 便可计算出保悬链线下端张力水平时，其上端所能承受的最大水平外力Q m 及其他参数（采用迭代法，先假设一个Q 值） 迭代法先假设一个Q 值，代入（18）、（19）式可算θ1、θ2。

将求得的θ1θ2和已知的w 1w 2及假设的Q 代入（24）、（ 25 ），就可算出h 1和h 2。

再检验h 1+h 2是否等于h 。

若不等，就修正Q 值，再重复上一过程，直至h 1+h 2与h 的差值达到所要求的精度为止，这在计算机上是很容易实现的，其它参数也就容易解出了。

若已知w 1 ，l 1，w 2，h 和预张力T p ，要确定在预张状态下悬垂长度l 及其他相应参数，则可能出现多种情况：（1）若l 1>h ，则有三种情况：l 1没有被完全提起 l 1恰好被完全提起不仅l 1全部提起且l 2被部分提起以上三种情况应根据公式T=Q+w 1h 来进一步判断Q=T p -w 1h 的大小 若01<-=h w T Q p 所给条件有矛盾（加大p T ） 0=Q 表明水平外力为零，锚泊线自由下垂 0>Q 为正常情况，这时进一步比较122w QT p -与1l 的大小若1122l w QT p <-，表明1l 未全部提起，这时预紧状态下悬链线长度为122w Q T p -若1122l w Q T p =-，表明1l 恰好全部提起，这时预张状态下悬链线长度为1l若1122l w QT p >-，表明1l 长度不足，下段2l 也要提起一部分，按⒅至(26)式用迭代法先假设一个'2l ，按公式（20）计算出Q ，再代入（18）、（19）式中可算出1θ、2θ，将1θ1h 2θ1w 1l Q 1s 2w 2l Tsh 2s 2h已知代入（24）、（25）中，可算出h 1、h 2，再检验h 1+h 2是否等于h 。

若不等，就修正2l 值，再重复上一过程，直至h 1+h 2与h 的差值达到所要求的精度为止，其它参数也就容易解出了注意：实际下段长度2l 应大于假设的'2l（2）若h l ≤1，则有以下几种情况： h l =1时，若01=-=h w T Q p ，恰好提起1l0<Q 所给条件有矛盾0>Q 正常 （按二成分计算，方法同样是先假设一个'2l ）h l <1时，若0)(121<---=l h w h w T Q p ，所给条件有矛盾0=Q 说明水平外力为零，锚泊线自由下垂，全部1l 提起和部分2l （其长度1'2l h l -=）0>Q 正常 说明2l 被斜提起一部分（用二成分 按迭代法先假设一个'2l ）。