台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

第棿棾卷第棿期年月石暋暋油暋暋钻暋暋探暋暋技暋暋术斨旓旍灡棿棾斘旓灡棿棳暠深水钻井专题牐牎暟椆椃棾椇棷斾旓旈棻棸棶棻棻椆棻棻旙旡旚旙棶棽棸棻椀棸棿棸棸椃旟旉

刘正礼棻棳张暋浩棽棳阳文学棻棳张玉亭棻棳畅元江棽

棬棭中海石油棬中国棭有限公司深圳分公司棳广东深圳椀中国石油大学棬华东棭海洋油气装备与安全技术研究中心棳山东青岛棽棻棶棻椄棸椂椃椈棽棶椂椂椀椄棸

摘要椇南海台风活动频繁棳严重影响着锚泊定位半潜式钻井平台的作业安全暎采用水动力学计算软件

基于三维势流理论和莫里森方程棳建立了平台锚泊系统耦合动力分析模型棳开展了台风作用下斄斘斢斮斞斪斄棳

的平台漂移分析和锚泊系统安全性评估暎分析结果表明椇当锚泊系统完整时棳平台的平均漂移量与最大漂移量均

超出斄需停止钻井作业并准备解脱棳但锚链不会发生断裂暎如果锚泊系统中安全系数最小的锚斝斏规定的许用值棳

链发生断裂棳平台的漂移量明显增大棳锚泊系统最小安全系数明显减小棳局部情况下锚链易相继断裂并造成连锁反

应暎研究表明棳提出的相关方法和得出的结论可为极端天气下锚泊定位浮式装置的安全评估提供参考暎

关键词椇海上钻井半潜式钻井平台台风锚泊数学模型

棬棭中图分类号椇椄椆棸棽棸棻椀棸棸棾椂斣斉椀棽暋暋文献标志码椇斄暋暋文章编号椇棻棸棸斣旇斿斈旑斸旐旈斻斆旇斸旘斸斻旚斿旘旈旙旚旈斻旙旓旀斖旓旓旘旈旑斿旐旈灢斢旛斺旐斿旘旙旈斺旍斿旟旂斢斈旘旈旍旍旈旑旍斸旚旀旓旘旐旈旑斣旇旓旓旑旂斝旟旔

棻棽棻棻棽斕旈旛斱旇斿旑旍旈斱旇斸旑斸旓斮斸旑斿旑旞旛斿斱旇斸旑旛旚旈旑斆旇斸旑旛斸旑旈斸旑旂旂斎旂斪旂斮旂旂斮旉旂棳棽椂椂椀椄棸棳椇斄斺旙旚旘斸斻旚斊旘斿旛斿旑旚旚旇旓旓旑旙旈旑旚旇斿斢旓旛旚旇斆旇旈旑斸斢斿斸旐斸旈旑旈旀旈斻斸旑旚旍旀旀斿斻旚旙斸旀斿旚旀旚旇斿旓斿旘斸旚旈旓旑旙旕旟旔旟旙旂旟斸旟旓旔旓旑旙斿旐旈灢旙旛斺旐斿旘旙旈斺旍斿斾旘旈旍旍旈旑旍斸旚旀旓旘旐旙旝旈旚旇斸旑斻旇旓旘旐旓旓旘旈旑旙旚斿旐棶斅旙斿旈旑斾旘旓斾旑斸旐旈斻斻斸旍斻旛旍斸旚旈旓旑旂旔旂旙旟旟旛旂旇旟旟棳斄斘旙旓旀旚旝斸旘斿斢斮斢灢斄斞斪斄棳旚旇斿斻旓旛旍斿斾斾旑斸旐旈斻斸旑斸旍旙旈旙旐旓斾斿旍旀旓旘旚旇斿旔旍斸旚旀旓旘旐灢旐旓旓旘旈旑旙旚斿旐旝斸旙斿旙灢旔旟旟旂旙旟棳旚斸斺旍旈旙旇斿斾斸旑斾斸旑斸旑斸旍旙旈旙旓旑旚旇斿斾旘旈旀旚旓旀旙斿旐旈灢旙旛斺旐斿旘旙旈斺旍斿旔旍斸旚旀旓旘旐旙斸旑斾旚旇斿旙斸旀斿旚旙旙斿旙旙旐斿旑旚旓旀斸旑斻旇旓灢旟旟斸旘旈旑旙旚斿旐旝斿旘斿斻旓旑斾旛斻旚斿斾斺斸旙斿斾旓旑旚旇旘斿斿斾旈旐斿旑旙旈旓旑斸旍旓旚斿旑旚旈斸旍旀旍旓旝旚旇斿旓旘旑斾斖旓旘旈旙旓旑斿旛斸旚旈旓旑棶斣旇斿斸灢旂旙旟旔旟斸旕棳旑斸旍旙旈旙旘斿旙旛旍旚旙旙旇旓旝斿斾旚旇斸旚旝旇斿旑旚旇斿旐旓旓旘旈旑旙旚斿旐旝斸旙旈旑旚斸斻旚斺旓旚旇旚旇斿斸旜斿旘斸斿斸旑斾旐斸旞旈旐旛旐斾旘旈旀旚斾旈旙灢旟旂旙旟旂棳旚斸旑斻斿旙旓旀旍斸旚旀旓旘旐旙斿旞斻斿斿斾斿斾旚旇斿斸旍旍旓旝斸斺旍斿旜斸旍旛斿旙旙斿斻旈旀旈斿斾旈旑斄斝斏棶斦旑斾斿旘旙旛斻旇斻旈旘斻旛旐旙旚斸旑斻斿旙斾旘旈旍旍旈旑灢旔旔旂旓旔斿旘斸旚旈旓旑旙旙旇旓旛旍斾斺斿旙旛旙斿旑斾斿斾斸旑斾斸斾旈旙斻旓旑旑斿斻旚旈旓旑斺斿旚旝斿斿旑旚旇斿斾旘旈旍旍旈旑旈旙斿旘斸旑斾旚旇斿旝斿旍旍旇斿斸斾旙旇旓旛旍斾斺斿旔旂旘棳斾旓旑斿旈旀旚旇斿斸旑斻旇旓旘斻旇斸旈旑斾旓斿旙旑旓旚斸旘旚棶旝旇斿旑旚旇斿斸旑斻旇旓旘斻旇斸旈旑旓旀旚旇斿旍斿斸旙旚旙斸旀斿旚旀斸斻旚旓旘旈旑旚旇斿旐旓旓旘旈旑旙灢旔旟旂旙旟棳棳旚斿旐旔斸旘旚斿斾旚旇斿斾旘旈旀旚斾旈旙旚斸旑斻斿旈旑斻旘斿斸旙斿斾旙旈旑旈旀旈斻斸旑旚旍旚旇斿旐旈旑旈旐旛旐旙斸旀斿旚旀斸斻旚旓旘旓旀旚旇斿旐旓旓旘旈旑旙旚斿旐斾斿灢旂旟旟旂旙旟棳棳斻旘斿斸旙斿斾旓斺旜旈旓旛旙旍旑斾旈旑旙旓旐斿斻斸旙斿旙旓旚旇斿旘斸旑斻旇旓旘斻旇斸旈旑旙旚旇斿旑旔斸旘旚斿斾旈旑旙旛斻斻斿旙旙旈旓旑旍斿斸斾旈旑旓斻旇斸旈旑旘斿斸斻灢旟斸旂旚旚旈旓旑旙棶斠斿旙斿斸旘斻旇旘斿旙旛旍旚旙旙旇旓旝斿斾旚旇斸旚旚旇斿旔旘旓旓旙斿斾旐斿旚旇旓斾旙斸旑斾旚旇斿旓斺旚斸旈旑斿斾斻旓旑斻旍旛旙旈旓旑旙斻旓旛旍斾旔旘旓旜旈斾斿斸旘斿旀灢旔斿旘斿旑斻斿旀旓旘旙斿斻旛旘旈旚旙旙斿旙旙旐斿旑旚旓旀旐旓旓旘旈旑旍旓斸旚旈旑旚旘旛斻旚旛旘斿旙旈旑斿旞旚旘斿旐斿旝斿斸旚旇斿旘斻旓旑斾旈旚旈旓旑旙棶旟斸旂旀旂旙椇椈椈旐斔斿旓旘斾旙旓旀旀旙旇旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑旙斿旐旈灢旙旛斺旐斿旘旙旈斺旍斿斾旘旈旍旍旈旑旍斸旚旀旓旘旐椈旚旇旓旓旑椈斸旑斻旇旓旘旈旑斸旚旇斿旐斸旚旈斻斸旍旂旂旔旟旔旂旟旝旐旓斾斿旍

在台风作用下采用锚泊定暋暋南海台风活动频繁棳

位的浮式钻井装置将会产生大的漂移棳对锚泊系统

椵棻暎甚至引发钻井事故椲和水下管柱造成严重威胁棳

因此棳研究台风作用下锚泊定位半潜式平台的动力

特性棳对于指导平台科学合理抗台风具有十分重要

的意义暎目前棳国内外对于锚泊系统进行了较多的

椵棽理论研究椇袁杨等椲对锚泊系统失效后的半潜式平改回日期椇收稿日期椇棻椈棽棸棻棾暎棽棸棻棳作者简介椇刘正礼棬河南郸城人棳棻椆椃棿暘棭棻椆椆椂年毕业于西南石油学院石油工程专业棳棽棸棻棸年获长江大学石油与天然气工程专业工程硕士学位棳高级工程师棳主要从事海洋钻完井技术研究与相关管理工作暎暎联系方式椇旍旈旛旡旇旍椑斻旑旓旓斻棶斻旓旐棶斻旑暟基金项目椇国家重点基础研究发展计划棬计划棭项目暟海洋椆椃棾暠棬棭暍深水油气安全高效钻完井基础研究暠编号椇中海石棽棸棻椀斆斅棽椀棻棽棸棸油深海开发有限公司项目暟深水半潜式平台锚泊系统安全评估与作

棬棭业管理研究暠编号椇资助暎斮斬斔棸棻斎斉斘斎斄棸棾

石油钻探技术

年月

台的动力特性进行了相关研究椈袁梦等椲棾

椵从势能理

论角度入手棳结合悬链线方程棳建立了锚泊系统的数学模型椈用频域与时域的计算方法斠旛旓旟旛斱旇斸旑旂等

椲棿

椵针对浮式风力发电机棳采

棳得到了该浮式结构的动力响应特性椈方法棳对深吃水半潜式平台进行了各自斨灡斊灡斖斸旚旓旙等椲椀椵采用理论推导和试验

由度的二阶

运动分析椈浮式结构进行了水动力数值分析斔灡斄灡斅斿旍旈斺斸旙旙斸旊旈旙椲椂椵采用边界元方法对棳得到了其运动特

性椈力分析斎斸旈旞棳旈研究了其在循环载荷作用下的斸旓斕旈旛等椲椃椵对人工合成纤维缆绳进行了动非线性动态特性暎上述研究对于建立简单锚泊系统分析理论模型暍揭示锚泊系统的响应规律有着重要作用棳但均没有详细分析台风作用下锚泊定位半潜式平台的动力特性棳相关模型既无法定量评估复合式锚泊系统的安全性棳也无法针对现场问题进行快速响应并提出解决方案暎为此棳笔者在前人的研究基础上棳采用水动力学计算软件系统耦合水动力学分析模型斄斘斢斮斞斪斄建立了平台锚泊

棳对锚泊定位的半潜式钻井平台进行了详细的动力学分析棳得到了锚链完整和局部断裂情况下平台漂移量和锚泊系统的安全系数棳并对极端情况下锚链断裂后剩余锚链的锚泊定位能力和其他锚链的安全性进行了评价棳以对我国南海锚泊定位钻井和生产装置的锚泊系统设计暍分析和安全评价提供一定参考暎

暋平台动力特性理论基础及分析模型

灡棻暋理论基础

采用三维势流理论可以计算得到平台的附加质量矩阵和阻尼矩阵棳以及平台运动的幅值响应算子暎将频域计算结果转化成时域结果棳结合运动方程进行时域计算棳可得到平台在外界荷载作用下的时域

动态结果椲

棽椵棽棳椵暎平台运动方程为椲椄

椇棲棲

式中为平台质量矩阵旈棲旛棲棲

椊

斸棲旓棭阻尼矩阵为平台系泊刚度矩阵为附加质量矩阵为

旛

为海流力矩阵浪力矩阵旈为风力矩阵椈