南海半潜式平台锚泊系统动力破坏与走锚失效研究

摘要

我国南海深水油气资源丰富，随着开采技术的发展，油气开发水域日趋加深，在国家海洋战略的推动下，对深水半潜式平台等深水装备的需求不断增长。相对于动力定位系统，在一定水深范围内，锚泊定位系统具有明显的优势，尤其是在钻(完)井周期较长、天气和海况恶劣的条件下，采用锚泊系统定位进行作业将大幅度降低成本。因此，在深水油气开发中锚泊定位具有不可替代的作用，对于锚泊系统动力破坏及走锚失效的研究显得尤为重要。 本文以南海某深水半潜式钻井平台为例，结合某区块海域的海洋环境参数，对半潜式平台进行了平台的动力学性能分析。基于三维势流理论和莫里森方程，利用有限元软件ANSYS建立半潜式平台锚泊系统耦合分析模型，再通过其中的AQWA模块计算平台锚泊系统的动力响应，利用AQWA-LINE模块进行频域分析，得到平台各个自由度的动力响应传递函数，获得半潜式平台的动力特性基础参量。并以此为基础，得到了极限工况条件平台的漂移量和各入射方向下锚链的最大动张力。对平台锚泊系统进行整体和局部强度分析，找出锚链的强度薄弱点，得到半潜式平台锚泊系统的强度破坏准则。 对半潜式平台锚泊系统进行走锚机理研究。采用美国海军土木工程实验室对于锚爪力计算的经验方法，研究拖曳锚在海洋砂土中的极限承载能力，从而得到半潜式平台锚泊系统的走锚机理。从提高锚泊系统收放时效性入手，提出了一种半潜式钻井平台复合式锚泊系统组分配比优化设计方法。对国内外平台及船舶由于锚泊系统工失效的事故类型进行调研，从环境、人员、设备、管理、设计、偶发事件和锚泊系统作业工艺过程等方面对锚泊系统进行全面的风险辨识。针对上述确定的不同风险因素，进行风险控制对策分析，并给出走锚系统应急程序，形成深水半潜式平台锚泊系统风险控制技术。最后，提出一种半潜式平台锚泊自动控制系统的模型，从而降低平台走锚风险。

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究背景、目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 锚泊系统力学分析研究现状

1.2.2 拖曳锚极限承载力研究现状

1.2.3 锚泊系统优化设计研究现状

1.2.4 锚泊系统安全分析研究现状

1.3 主要研究内容

（1）半潜式平台动力响应特性分析

（2）极端工况下半潜式平台锚泊系统的动力失效研究

（3）半潜式钻井平台复合锚泊系统组分配比优化设计

（4）深水半潜式平台锚泊系统安全分析

1.4 课题的创新点及成果

1.4.1 课题的主要创新点

1.4.2 课题的主要成果

第二章 半潜式平台动力响应特性分析

2.1 水动力基本理论

2.1.1 莫里森方程

2.1.2 势流理论

2.2 平台基本参数及浮体分析模型

2.3 平台动力特性基础参量计算

2.4 极限工况锚泊系统力学性能分析

2.4.1 平台漂移量分析

2.4.2 锚链动张力计算

2.5 本章小结

第三章 极端工况下半潜式平台锚泊系统动力失效研究

3.1 极限工况锚链整体强度研究

3.2 极限工况锚链局部强度研究

3.2.1 钢缆失效机理研究

3.2.2 钢链失效机理研究

3.3 半潜式平台锚泊系统走锚失效研究

3.3.1 走锚模型建立

3.3.2 走锚分析实例

3.4 本章小结

第四章 半潜式钻井平台复合式锚泊系统组分配比优化设计

4.1 复合式锚泊系统动力分析模型

4.2 复合式锚链长度优化配比准则与优化分析流程

4.3 复合式锚链长度配比优化分析实例

4.4 不同参数对钢链减少量的影响

4.5 本章小结

第五章 深水半潜式平台锚泊系统安全分析

5.1 深水半潜式平台锚泊系统风险辨识

5.1.1 锚泊系统主要事故类型

5.1.2 深水半潜式平台锚泊系统作业风险辨识

5.2 深水半潜式平台走锚风险分析

5.2.1 走锚原因

5.2.2 走锚风险演化分析

5.3 深水半潜式平台锚泊风险控制技术及锚泊自动控制系统

5.3.1 深水半潜式平台锚泊系统风险控制技术分析

5.3.2 深水半潜式平台锚泊自动控制系统

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢