半潜钻井辅助船锚泊定位系统简介

莫丽平

（广东中远船务工程有限公司，东莞 523146）

1 前言

锚泊定位系统是移动式钻井辅助船关键技术之一，设计难度大，包括锚泊分析、锚泊布置及锚泊定位系统设备的选型等。下面就某92 m移动式半潜钻井辅助船锚泊定位系统原理、设备选型及布置进行介绍。

图1 锚泊方式

2 锚泊定位系统分析方法

目前已有比较成熟的锚泊分析理论和方法，比如新加坡、挪威、荷兰等国家的锚泊分析都深得船东的信赖。

使用准静态分析方法（Quasi-static Analysis）是最常用的移动式锚泊系统的分析方法,推荐使用保守的安全系数未进行判断。API推荐的锚泊方式为悬链线多点系泊（Catenary spread mooring），例如荷兰GustoMSC设计公司开发的92 m移动式半潜钻井辅助船选用的就是八点悬链线锚泊方式，锚泊发散角度为30。～ 60。，见图1。

确定锚泊形式后，需要进行锚泊分析，分析内容包含两部分：

（1）水动力分析

水动力分析原理及过程，如图2所示。

图2 水动力分析原理及流程

（2）锚泊分析

锚泊分析计算原理及过程，如下图3所示

图3 锚泊分析原理及流程

进行以上内容分析软件，目前常用的有AQWA或SESAM软件。分析得出结果后需要进行人工校核，普遍选用美国石油协会的API RP 2 SK的安全系数进行判断：

在完整状态时悬链线张力安全系数选用2.0，锚的抓力安全系数选用0.8；在一条悬链线破断状态时悬链线张力安全系数选用1.43，锚的抓力则没有要求。

锚泊分析结果会输出浮体运动响应RAO、二阶波浪力QTF及各悬链线的张力，通过安全系数的对比，可以检验所选的锚泊设备参数是否符合要求。

3 锚泊设备

半潜钻井辅助船的锚泊设备包括：锚机；悬链线；导缆器；滚柱；锚；浮筒；浮筒与锚的连线。

（1）锚机是锚泊设备的核心部分，由储绳绞车、摩擦绞车、系泊绞车和系泊滚筒绞车组成。美国OIL STATES生产的变频电动锚机深得全球船东的信赖。

（2）悬链线有全锚链、全钢丝绳、锚链与钢丝绳混合三种类型：锚链具有经久的耐力，不易被磨损还可以为锚贡献抓力；。但在深水中，锚链很重会增加船自身的重量令载重减少，同时增大锚链的张力，而且锚链昂贵；钢丝绳比锚链轻，价格较锚链便宜，有很好的回复力，在深水时具有优势。但为了防止锚有起升角度，要求有非常长的钢丝绳。采用全钢丝绳系统长期与海底接触会磨损，所以全钢丝绳很少用在永久锚泊上；一段锚链与锚连接解决磨损问题并给锚贡献抓力，再连接钢丝绳以减轻重量和张力，所以锚链与钢丝绳混合系统成为大部分船东的首选。

锚通常都是使用大抓力锚，荷兰VRYHOF研发的大抓力锚非常有名，特别是STEVPRIS锚和Flipper Delta锚广泛应用于移动式钻井辅助船。

浮筒与锚的连线通常均采用钢丝绳加锚链组合。

4 锚泊布置

4.1 半潜钻井辅助船自身的锚泊布置

锚泊布置较为复杂，因为设备多、受力大，所要求的安装精度高。钢丝绳一般均千米以上，需要有专门的储绳绞车用于储存钢丝绳；为了给钢丝绳提供巨大的拉力，必须有摩擦绞车；发散的钢丝绳有不同的角度，需要使用导缆器或滚轮；锚必须深深扣住海底介质，以提供大抓力；浮筒、浮筒与锚的连线，指示锚在海底的位置。图4是某92m移动式半潜钻井辅助船的锚泊布置图。

4.2 半潜钻井辅助船与张力腿平台TLP连接的锚泊布置

与张力腿平台TLP的系泊，主要靠系泊绞车和系泊滚筒绞车提供拉力，使用钢丝绳连接TLP和半潜钻井辅助船，中间需要使用导缆器和滚轮改变出绳角度。图5为某92 m半潜钻井辅助船与张力腿平台TLP的锚泊布置。

5 船体结构设计

整个锚泊系统的设备是安装在船体结构上，锚泊设备受力非常大，实例中的半潜钻井辅助船最大拉力达到了610 t，所以设计足够强度的船体结构是整个锚泊布置的关键。船体结构包括锚机基座、导缆器和滚柱基座及这些基座安装位置的结构及加强。目前常用的方法是使用FEMAP软件建模加载进行有限元分析，这部分船体结构一般都需要用到AH36材质的船级板，否则重量难以控制。结构设计时，把外伸的支撑全部对齐船体肋位的强结构，且多为T型梁。

图4 锚泊布置图

图5 半潜钻井辅助船与张力腿平台TLP的连接

〔1〕美国石油协会标准API RP 2 SK.

〔2〕盛振邦.船舶原理（下册）.[M]上海:上海交通大学出版社.

〔3〕李远林.波浪理论及波浪载荷.[M]广州：华南理工大学出版社.