半潜式钻井平台锚系留力分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇半潜式钻井平台锚系留力分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：半潜式钻井平台是一种常用的平台结构形式，主要依靠锚泊系统将船定位在海面进行钻井作业。本文详细论述了锚的分类、半潜式钻井平台锚系留力的分析方法，并通过实例分析进行了验证，为半潜式钻井平台海上作业的安全稳定提供分析依据，同时对锚系留力的分析方法应用提出了建议。

关键词：半潜式 钻井平台 锚 锚系留力

中图分类号：TE42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0060-03

半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台，是一种常用的平台结构形式。是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。其结构与坐底式平台相似，同样具有沉垫可以沉降或升起，在浅水区沉垫可以坐落于海底，当坐底式平台使用；漂浮作业时下壳体或沉箱潜入水中，部分立柱露出海面，为半潜状态。半潜式钻井平台主要依靠锚泊系统将平台定位在海面进行钻井作业。锚泊系统主要包括锚、锚缆和锚链。半潜式钻井平台作业前，先要进行井场调查，包括工程地质调查和工程物探调查，具体调查项目有重力取样、水深、地貌、中浅地层剖面、磁力调查、高分辨率数字地震调查等。根据调查结果和锚泊资料进行锚系留力的分析计算，以对作业可行性和安全风险进行分析评价。

1 锚的分类

锚的种类可以分以下几种类型[1]：（1）有杆锚：具有横杆的锚为有杆锚。该类锚的特点是一个锚爪啮入土中，当锚在海底拖曳时，横杆能阻止锚爪倾翻，起稳定作用（见图1）。（2）无杆锚：没有横杆，锚爪可以转动的两爪锚为无杆锚。该类锚的特点是，在工作中两个爪同时啮入土中，稳定性好，对各种土质的适应性强，收藏方便（见图2）。（3）大抓力锚：大抓力锚实际上是一种有杆转爪锚，因其具有很大的抓重比，故称为大抓力锚。这类锚的特点是，锚爪的啮土面积大，抓持的底质深而多，抓力大，但是锚爪易拉坏，收藏不方便（见图3）。（4）特种锚：特种锚的形状与用途与普通锚均不同。主要是指供浮筒、囤船、浮船坞等使用的永久性系泊锚；破冰船上所用的冰锚及帆船和小艇上用的浮锚等。

半潜式钻井平台锚泊定位系统采用的锚一般均为拖曳锚，且基本都是大抓力锚。早期用的较多的有丹福尔锚、轻量型（LWT）锚等等。随着海洋工程的发展，新型的抓力更大的锚不断出现，诸如阔鳍型德尔泰（FLIPPER DELTA）锚、布鲁斯FFTTS（BRUCE FFTS）锚、史蒂芙帕瑞斯（STEVPRIS）系列锚等等[3]。这些锚的抓重比较普通大抓力锚更大，这对半潜式钻井平台是非常有利的。图4为目前半潜式钻井平台常用的大抓力锚形式。

2 锚系留力分析

锚系留力由锚抓力和锚链与海底的摩擦力组成。

锚的抓力，除锚的本身原因，如锚重、锚型之外，客观上主要决定于海底的土质状况，一般而言，软硬适度的砂质和泥质海底抓力较好，泥砂混合次之，硬质海底较差，岩石海底不宜抛锚。锚点的海底地形以平坦为好，若坡度较陡（等深线较密）将影响锚的抓力，容易出现走锚。在砂质海底中，锚越重则抓力越大，在泥质海底中，锚爪面积越大则抓力越大。锚的抓力还与锚的入泥深度、锚爪角度等有关。

锚链与海底的摩擦力与海底土质、锚链的长度、锚链的单位重量等有关。

2.1 锚抓力计算

通常采用以下方法计算半潜式钻井平台锚的抓力。

（1）采用Cole和Beck（1964）建议的方法计算短锚抓力。

式中：F为锚抓力，吨；

W为锚重，吨；

C1为取决于锚型和土质条件的系数，无量纲；

b为经验指数，无量纲。

（2）采用锚抓力系数法进行计算：

其中：F为锚抓力，吨；

λa为锚抓力系数，无量纲；

Wa为锚重，吨。

海底底质与锚抓力系数的关系为：砂>泥>砂砾>软泥。

（3）对于常用的Stevpris Mk/5/6等锚型，可以根据下面公式计算或根据图5～6查询：

其中：F为锚抓力，吨；

A为锚抓力系数，无量纲，与锚型、海底底质、锚爪/锚杆夹角等有关；

W为锚重，吨。

2.2 锚链与海底的摩擦力

锚链与海底的摩擦力可由以下公式计算：

其中：Fc为锚链与海底的摩擦力，吨；

Wc为锚链每米在水中的重量（吨/m）；

f为锚链与海底的摩擦系数，无量纲；

L为锚链卧底部分的长度，m。

3 实例分析

南海某井场，根据重力取样结果（在每个锚点布置1个重力样[2]，如图7），海底表层沉积物（海底以下0～5 m）主要为非常软到软的浅黄灰色到灰色粉质粘土含较多粉质细砂，在井场调查范围分布比较均匀。不排水抗剪强度为6～12 kPa；水下容重为5～6 kN/m3；含水量为50%～70%。

该井场采用半潜式钻井平台作业，锚泊资料如下。

锚型：Stevpris MK5；

锚重：15 t；

各锚最大出链长度：70 m（90 mm锚链）+550 m（84 mm锚链）+1850 m（锚缆）；

90 mm锚链量：0.178 t/m；

84 mm锚链重：0.155 t/m。

根据上述锚的抓力计算方法（3种）及锚链摩擦力计算方法得出本井场的锚系留力为：

锚系留力=锚的抓力+锚链的摩擦力

=（206.1/188.2/220.4）+54.7=260.8/242.9/275.1 t

即本井场锚系留力取值为240～275 t。

该井场抛锚作业结束后，经过拉力测试为295 t，与分析结果较为吻合，分析结果略偏于保守和安全。

4 结语

本文详细论述了锚的分类、半潜式钻井平台锚系留力的分析方法，并通过实例分析进行了验证，为半潜式钻井平台海上作业的安全稳定提供了分析依据。另外，在进行半潜式钻井平台锚系留力分析时，首先要根据井场调查结果，判定海底底质类型，再选择合适的计算分析方法，对锚的抓力和锚链与海底摩擦力分别进行计算。在应用计算分析结果时，还应该参考海底地形地貌调查结果，了解海底的平整度，是否有硬质海底、陡坡、浅层气、断层、滑坡等灾害地质现象，以免影响钻井平台作业安全。

参考文献

[1] 向阳，唐寒秋.船舶结构与设备[M].人民交通出版社，2009.

Xiang Yang，Tang H Q.Ship Structure and Equipment[M].China Communications Press，2009.

[2] 潘方豪.深水半潜式钻井平台锚泊定位系统研究[D].上海：上海交通大学，2006.

Pan Fang Hao. The Analysis of the Mooring Positioning System of Deep Sea Semi-Submersible Drilling Platform[D].Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2006

[3] 叶邦全.海洋工程用锚类型及其发展综述[J].船舶与海洋工程，2012（3）：1-7.

Ye Bang Quan.Review of Ocean Engineering Anchor Type and Development[J].Naval Architecture and Ocean Engineering，2012（3）：1-7.