台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究(2)

钢链和缆绳的材料属性见表布锚基本参数见表棽暎

棻棳各锚链所选缆绳类型及棻棻棻旙棻

第卷第期刘正礼等台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

表棻暋钢链和缆绳的材料属性

斣斸斺旍斿棻暋斖斸旚斿旘旈斸旍旔旘旓旔斿旘旚旈斿旙旓旀旙旚斿斿旍斻旇斸旈旑旙斸旑斾旐旓旓旘旈旑旂旘旓旔

斿旙材料干重棷轴向刚度棷破坏强度棷棸灡棸旐旐钢链棬旊旂

暏斖斘

棸灡棿灡棸旐棸旐旐旐钢链

棻旐棴棻棭椃棸斖斘

缆绳棻椀棿棿椂棻棽棻灡灡棻椂棾棿椃椆灡灡椀棾棿椃棸灡棸旐旐缆绳棻棽棽棻棽椆椆

椀棾椂椃棻棿灡灡棻棸棻椂椂椀灡灡棻棽椃棸表棽暋各锚链布锚基本参数

斣斸斺旍斿棽暋斅斸旙旈斻旔斸旘斸旐斿旚斿旘旙旀旓旘斿斸斻旇斸旑斻旇旓旘斻旇斸旈旑旙斿旚旚旈旑旂

锚链号布锚角预张力棷缆绳抛出度棷棬长度棷棻棽棽棽灡椀曘

棭旊斘

棻椀椃椃灡旐

缆绳类型棾棻椂椃灡椀椄椄椂棽棾椂灡灡棾棻椄棻椂椀棻灡棸棿棻棻椄棿棻椂棿棸灡棸旐旐缆绳椀棽椀棽椃灡灡椀椄棾椄椂棿椀灡椆椂棻椀棻棻灡椀棸灡棸旐旐缆绳棻棽椂椃棽棸椄椀棾灡灡棾椀棿棻椀椆棻灡棽棸棸灡棸旐旐缆绳棻椄

棽棿棽椀椃灡椀椄椂棻棽椂椄棽棻灡棿椄棽椂棿椀灡灡棻棾椄棿棻椀椀椆椄灡灡椂棸灡棸灡棸旐旐缆绳棻灡棸旐棸旐旐缆绳旐缆绳棻棾椆灡椀棾棽椃灡灡椀椀

棻椀椂椃椀椆椄灡灡椂椄棸棸灡灡棸旐棸旐旐缆绳棻旐缆绳棻棻

根据平台基本模型与锚泊系统参数棳建立了深水平台锚泊系统耦合动力分析模型棳如图数字代表各条锚链的编号棭

棽所示棬图中暎锚链组合形式如图式布锚方式暎采用对其进行动力学分析棳即获得平台的动力特性斄斘斢斮斢灢斄暎

斞斪棾所示棳为

非对称斄

图棽暋耦合动力分析模型

斊旈旂棶棽暋斆

旓旛旔旍斿斾斾旟旑斸旐旈斻斸旑斸旍旟

旙旈旙旐旓斾斿旍图棾暋锚链组合形式示意

斊旈旂棶棾暋斣旇斿旙斻旇斿旐斸旚旈斻斾旈斸旂

旘斸旐旀旓旘斾旈旙旚旘旈斺旛旚旈旓旑旓旀斸旑斻旇旓灢旘旈旑旂斻

旇斸旈旑斿旍斿旐斿旑旚旙棻灡棿暋台风参数

考虑重现期为环境参数棳近海面海棻年的台风荷载棳根据现场井位

流流速为为高为棿棽灡椆灡椀棽旐棽棿旐棷旙

暎随机波面采用棻灡棻斖棽波浪谱旐棷旙

棳平棳均显著波风速棳跨零周期为棻棽灡椂旙

暎棽暋平台锚泊系统动力分析与讨论

根据上述耦合分析模型及确定的台风参数棳对台风作用下平台与锚泊系统的动力特性进行计算分析棳确定平台在台风作用下的漂移量与锚链的安全系数暎通过与台锚泊系统的安全性斄斝斏规范相关规定进行对比棳

校核平椲

棻棽

椵暎棽灡棻暋平台漂移量分析

在进行平台漂移动力分析时棳既要关注平均漂移量棳又要关注最大漂移量暎前者主要用于判断平台漂移量是否满足正常钻井作业需求棳后者主要用于判断是否需要解脱隔水管与井口的连接暎台风条件下棳环境荷载入射角为线如图棿所示暎

椆棸曘

时的平台漂移时程曲图棿暋环境荷载入射角椆棸曘

时的平台漂移量斊旈旂

棶棿暋斣旇斿斾旘旈旀旚斾旈旙旚斸旑斻斿旓旀旔旍斸旚旀旓旘旐旙旝旇斿旑旚旇斿旈旑斻旈灢斾斿旑斻斿斸旑旂

旍斿旓旀旚旇斿斿旑旜旈旘旓旑旐斿旑旚斸旍旍旓斸斾旈旙椆棸曘由图大漂移量棳棿可知棳台风作用下平台在顺风向产生较

然后在新的相对平衡位置处呈不规则振荡运动暎

环境荷载入射角为棽棸曘棳棿椀曘棳椆棸曘棳棻棾椀棳棳量分析结果见图棽椀曘棳棽椃棸曘和棾棻椀曘

时平台的平均漂移量和最曘大棻椄漂棸曘

移常钻井的平台平均漂移许椀暎图椀棬斸用值棭中棳棳红线代表可进行正蓝线代表平台平均漂移量计算值椈图平台最大漂移许用值椀棬斺棳棭

蓝线代中棳红线表平台最大漂移量的代表需启动解脱的计算值暎

由图椀可知棳平台在台风作用下的平均漂移量

石油钻探技术年月

和最大漂移量的计算值均大于相应的许用值暎根据斄当平均漂移量的计算值大于其许用值时应停止钻井作业斝斏规范棳

棳此时水下管柱与井口可保持连接椈但当最大漂移量的计算值大于其许用值时棳应解脱隔水管与井口的连接棳以避免因平台漂移较大造成

隔水管柱或者张紧系统损坏椲

棻棾

椵

暎图椀暋锚泊系统完整时的平均漂移量和最大漂移量斊旈旂棶椀暋斣旇斿斸旜斿旘斸旂

斿斸旑斾旐斸旞旈旐旛旐斾旘旈旀旚斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀旚旇斿旔旍斸旚旀旓旘旐旝旈旚旇斸旑旈旑旚斸斻旚旐旓旓旘旈旑旂旙旟

旙旚斿旐灡棽暋锚泊系统强度分析

同样棳环境荷载以棿椀曘为间隔对锚链动张力进

行分析棳获得不同环境荷载入射方向上主要受力锚链的最小安全系数暎环境荷载入射角为锚链的动张力时程曲线如图椂所示暎

椆棸曘时棽号图椂暋环境荷载入射角为椆棸曘时棽号锚链的动张力曲线斊旈旂棶椂暋斣旇斿斾旟

旑斸旐旈斻旚斿旑旙旈旓旑斻旛旘旜斿旓旀斘斚棶棽斸旑斻旇旓旘斻旇斸旈旑旝旇斿旑旚旇斿旈旑斻旈斾斿旑斻斿斸旑旂旍斿旓旀旚旇斿斿旑旜旈旘旓旑旐斿旑旚斸旍旍旓斸斾旈旙椆棸曘

暋暋由图椂可知棳

在台风作用下大动张力达到为椀棽棸棸旊斘棳

棽椃此时棾椆旊该斘条暎锚考链虑的到棽号锚链的瞬时最最锚小链安的全断系裂数强度

棻为锚链的瞬灡椆暎同理时棳

可获得其最大动张他力环和境最入小射安方全向系上数主棳要统受计力结果见表棾暎

表棾暋锚泊系统最小安全系数统计结果

斣斸斺旍斿棾暋斣旇斿旙旚斸旚旈旙旚旈斻斸旍旘斿旙旛旍旚旓旀旚旇斿旐旈旑旈旐旛旐旙斸旀斿旚旟旀

斸斻旚旓旘旓旀旚旇斿旐旓旓旘旈旑旂旙旟

旙旚斿旐环境入射角棷棬曘棭最大张力棷旊安全系数安全系数许用值

棸

棾椃斘

棿

棿椀棾棸棽椀棬棭椂棻棽棻棬棿棭棽灡棿棻椆棸棽椃棬棭棻灡棾灡棸棽棻灡椂椃棻椆棸棻灡棻棾棽椃棾棽棿棿椆棽棬棭棽灡椆棸棻灡椂椂椃棽椄椀棸棾棸椂棾棽棬棭棻棽椄椃棽灡棻灡椃棬椄棭棽棽椀棽椄棽灡椀棸棻椀棻灡椂椂椃椃暋暋棾椃棻棸椀

棾棻椂棿棻棬椃棭棽棻灡灡棻椆椂椂

棻灡椂椃棬椀

棭棻灡灡椂椂椃椃

注椇

暟棬棭暠内数字为主要受力锚链编号暎斄斝斏规范对锚泊系统最小安全系数的规定为棳

当锚泊系统完整时各锚链安全系数应大于棻灡椂椃椲棻

棽椵

由表棾可知棳各环境入射方向上棳主要受力锚链的最暎小安全系数均在斄斝斏规定的许用值范围内棳

说明锚泊系统在该台风条件下具有足够的剩余强度棳可维持锚泊系统的完整性暎但对比可知棳坏强度较其他锚链较棽号锚链的安全系数最小棳主要原因是其破低棳造成其强度余量较小棳可能成为整个锚泊系统的最薄弱环节棳需结合当地风向及海流流向判断锚链是否会成为主要受力锚链棳并加以优化暎

棽号棾暋锚链损坏后的平台锚泊系统动力

分析

暋暋在极端条件下棳

锚泊系统中某一条锚链有可能由于强度不足而发生断裂棳并由此引发后续的连锁反应棳如平台的漂移量持续增大暍其他锚链相继发生断裂等暎于是棳对锚链损坏后平台锚泊系统的动力特性进行分析棳对于掌握锚链断裂后平台运动和剩余锚链张力重新分配规律暍研究不完整锚泊系统的剩余强度具有较大意义暎棾灡棻暋平台漂移量

根据表棾中锚链完整情况下各条锚链的最小安

棽

第卷第期刘正礼等台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

全系数计算结果棳进行一条锚链断裂条件下的平台剩余锚泊系统动力分析棳确定平台漂移量的变化规律暎分析前提是剩余锚泊系统仍然具有与原有完整锚泊系统相同的定位能力暎台风条件下棳环境入射角为程曲线如图椃所示

暎

椆棸曘时平台漂移时

图椃暋环境入射角为椆棸曘

时的平台漂移量斊旈旂

棶椃暋斣旇斿斾旘旈旀旚斾旈旙旚斸旑斻斿旓旀旚旇斿旔旍斸旚旀旓旘旐旝旇斿旑旚旇斿旈旑斻旈灢斾斿旑斻斿斸旑旂

旍斿旓旀旚旇斿斿旑旜旈旘旓旑旐斿旑旚斸旍旍旓斸斾旈旙椆棸曘由图状态棳整个钻井平台的漂移量明显增大椃可知棳损坏一条锚链后棳相对于锚链完整棳瞬时最大值接近椄同棸旐样棳暎

以棿椀曘为间隔棳计算棸曘棳棿椀棳棳棳漂移量和最大漂移量并进行统计椄棸曘棳棽棽椀曘棳棽椃棸曘和棾棻椀曘

等环境入射角下曘平台的平均椆棸曘棻棾椀曘

棳结果见图椄

暎

图椄暋锚链损坏后平台的平均漂移量和最大漂移量斊旈旂

棶椄暋斣旇斿旐斿斸旑斸旑斾旐斸旞斾旘旈旀旚斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀旚旇斿旔旍斸旚灢旀旓旘旐旝旈旚旇斸斾斸旐斸旂斿斾旐旓旓旘旈旑旂旙旟

旙旚斿旐由图量为椂棸暙椃椄可知棳棸旐棳最大漂移量为棽号锚链断裂后棳

平台的平均漂移锚链断裂后棳剩余锚链的回复力明显减小椃棸暙椄棸旐棳

棳表明一条对平台的定位能力下降棳导致平台的漂移量增大棻灡椀倍左右暎灡棽暋锚链损坏后的锚泊系统剩余强度分析

当损坏一条锚链后棳整个锚泊系统的张力将在剩余的各条锚链上重新分布暎如果棳环境入射角为椆棸曘

时棳分析得到相邻棽号锚链发生断裂的棾号锚链的动张力时程曲线棳如图椆所示暎

图椆暋环境入射角为椆棸曘时棾号锚链的动张力斊旈旂棶椆暋斣旇斿斾旟

旑斸旐旈斻旚斿旑旙旈旓旑旓旀斘斚棶棾斸旑斻旇旓旘斸旚旚旇斿斿旑旜旈旘旓旑旐斿旑旚斸旍旈旑斻旈斾斿旑斻斿斸旑旂

旍斿旓旀椆棸曘由图棳较锚链完整时的动张力约增大椆知棾号锚链的动张力为棾棸棸棸暙棿棿棸棸旊斘棳

一条锚链后棳剩余锚泊系统的动张力显著增大棽棸棸棸旊斘棳

表明损坏暎不同环境入射角条件下剩余锚链系统的最小安

全系数计算结果见表表棿暋锚泊系统损坏后的最小安全系数

棿暎

斸斺旍斿棿暋斖旈旑旈旐旛旐旙斸旀斿旚旟旀斸斻旚旓旘旓旀旚旇斿斾斸旐斸旂斿斾旐旓旓旘旈旑旂旙旟

旙旚斿旐环境入

射角棷棬曘棭损坏锚链

最大动

最小安安全系数张力棷旊斘

全系数许用值棿椀棸棿

棿棸椀椄棬椀

棭棻棻灡棻棻椆棸

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