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

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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

(TdT)cos(d)Tcos0 （1） (TdT)sin(d)Tsinwdl0 （2） d很小时，cosd1，sindd

忽略dTd，则

TsindcosdT0 （3） TcosdsindTwdl0 （4） 由（4）得：dTTsindcossin1sin(wdlTcosd)，代入（3）得：

(wdlTcosd)Tcosdsin2cossinwdl

∴ Tdcoswdlsin(sincosdTcossin2coswdl)(sin2cos)2coswdl （5）

由（3）得：Tcossin2sind 代入（4）得

dTsindTwdl0

wdl(cossin2∴ dTwsindl （6）

sin)又∵dxcosdl （7） dysindl （8）

ToTacosaTbcosb （9）

即悬链线的水平张力相等，由⑹和⑻式，得

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dTwdy

在a,b段上积分：TbTdTya0wdy TbTawy （10）

由（5）式得：dlTdwcos，代入（8）式得： dysinTdwcos

由于TToTosincos，代入上式得：dywcos2d

积分：yTo0dywbsind acos2yTo(11)To2wcoswb1tg2a1) bcos(tga同理由⑸和⑺式得 dxTo1wcosd

y0dxbTo1d awcosxTow[ln(tgbtg2b1)ln(tgatg2a1)T o[sh1sh1w(tgb)(tga)]]由（5）式得：dlTo1wd

cos2l10dlbTo2d

awcoslTow(tgbtga) 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

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11）

（12）（13）（

二、锚泊线静力分析

1、 单一成分锚泊线

以a0，TaT0，并将b，TTb，hy，sx代入⒀ ⑽ ⑿ ⑾ 则可得如下的公式：

tgwlTo （14）

TTowh(wl)2To （15）

2sTowTowsh1(wlTo)Towsh1 (tg) （16）

h[(wlTo)211]Tow[tg11]2Tow [ch(wsTo)1] （17）

以上公式共有七个变量：θ、w、l、T0、T、h 和s

如果已知h、w和锚泊线上端所受的水平力Q（Q=T0）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Qm及θ、T、s

若实际所受外力Q若Q>Qm，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 QTo 便得：

tg1(w1l1w2l2)Q （18） tg2w2l2Q （19）

TQw1l1w2l2s1Qw1[sh1(w1l1w2l2)12Q2 （20）

(tg1)sh(tg2)] （21）

s2Qw2sh1(tg2) （22）

ss1s2 （23）

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h1Qw1Qw1[tg112 tg21] （24）

2

h2 (tg211) （25）

2

hh1h2 （26）

上面九个公式中共有十四个变量：

12w1w2l1l2QTs1s2shh1h2 若已知w1、l1、w2、l2、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Qm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w1w2及假设的Q代入（24）、（ 25 ），就可算出h1和h2。再检验h1+h2是否等于h。若不等，就修正Q值，再重复上一过程，直至h1+h2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w1 ，l1，w2，h和预张力Tp，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l1>h，则有三种情况：

l1没有被完全提起 l1恰好被完全提起

不仅l1全部提起且l2被部分提起

以上三种情况应根据公式T=Q+w1h来进一步判断Q=Tp-w1h的大小 若QTpw1h0所给条件有矛盾（加大Tp） Q0表明水平外力为零，锚泊线自由下垂 Q0为正常情况，这时进一步比较TpQ若

222w1与l1的大小

TpQ222w1l1，表明l1未全部提起，这时预紧状态下悬链线长度为

TpQw1

2若TpQ

若TpQ22w1l1，表明l1恰好全部提起，这时预张状态下悬链线长度为l1 w1l1，表明l1长度不足，下段l2也要提起一部分，按⒅至(26)式用迭

2代法先假设一个l2，按公式（20）计算出Q，再代入（18）、（19）式中可算出1、2，将

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已知代入（24）、（25）中，可算出h1、h2，再检验h1+h2是否等于h。若不等，就修正l2值，再重复上一过程，直至h1+h2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l2应大于假设的l2

（2）若l1h，则有以下几种情况： l1h时，若QTpw1h0，恰好提起l1

Q0所给条件有矛盾

' Q0正常 （按二成分计算，方法同样是先假设一个l2）

l1h时，若QTpw1hw2(hl1)0，所给条件有矛盾

Q0说明水平外力为零，锚泊线自由下垂，全部l1提起和部分l2（其长度

l2hl1）

'Q0正常 说明l2被斜提起一部分（用二成分 按迭代法先假设一个l2）

'

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