内转塔式单点系泊系统调整链测量切割技术

李龙祥,李刚,冯丽梅

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东 深圳 518000；2.中海油研究总院有限责任公司,北京 100028)

随着海洋油气开发逐渐向深海、远海发展，对于周边缺少管网依托的海域，FPSO成为全海式开发油气田的重要设施[1-2]。FPSO在海上运营期间需要采用单点系泊系统长期系泊于油田附近某一固定的海域，同时可抵抗极端台风的环境荷载，使FPSO具有“风向标”效应总是处于合外力最小的位置[3-4]。南海以往FPSO采用的切割计算方法，更适用于浅水系泊系统；而对于深水系泊系统的适用性存在一定不足。通过对南海3艘不同水深FPSO(HYSY111、HYSY118、HYSY119)单点系泊系统的调整链切割计算和测量方法进行对比分析，提出更精确可靠的计算和操作方法。

1 调整链的切割必要性

系泊系统的刚度过高将使锚腿所受荷载过大；刚度过低则将使单点中心偏移过大。因此，系泊系统的刚度需确保FPSO的偏移和锚腿荷载均处在合理、可接受的范围内，同时确保锚腿、立管、电缆之间不发生相互干涉[5]。

系泊系统由多条锚腿组成，锚链和钢缆的完工长度偏差、锚桩安装位置偏差、锚链单位长度重量偏差等，都将导致锚腿实际长度与理论设计存在一定偏差，进而导致系泊系统的限位性能不能满足设计要求。因此，需在安装时通过计算分析切去多余长度，以确保系泊系统的性能。

锚腿各构件在制造及安装过程存在的公差可分为确定性和不确定性2种。确定性的公差可测，不确定性的公差不可测，各类公差见表1。

表1 系泊系统公差分类

2 锚腿切割长度计算方法

HYSY111和HYSY118单点系泊系统为水下浮筒型，HYSY119为船体集成型，3个系泊系统锚腿均由锚链和钢缆组成，见表2。

表2 HYSY111、HYSY118、HYSY119的锚腿组成

2.1 调整链末端测量法

HYSY111调整链切割计算以调整链末端至单点中心的水平距离作为控制因素。见图1，调整链完成预张紧后，测出调整链末端至单点中心的距离，计算的调整链末端链环到单点中心的距离计算调整链切割长度，最终保证锚腿着泥点在设计的圆周上。

图1 调整链末端测量法示意

Lcut=D-S

(1)

式中：Lcut为调整链切割长度；D为调整链末端至单点中心位置的距离；S为理论计算的调整链末端链环到单点中心的距离。

2.2 锚桩距离法

HYSY118调整链切割计算基于锚桩坐标与姿态、锚桩处的土壤参数、锚腿构件完工长度、模型中计算公差等计算调整链切割长度，锚腿切割后总公差小于±1.5 m。见图2,需测量锚桩坐标、姿态；锚桩至单点中心的距离。

图2 锚桩距离法示意

Lcut=δc-δp-δt-δe-δa

(2)

式中：Lcut为调整链切割长度；δc为锚腿各构件实际与设计长度的差值；δp为锚桩实际位置与设计位置偏差；δt为锚桩倾斜引起锚腿水平长度的偏差；δe为极端工况与张紧工况下反悬链线理论计算差值；δa为锚腿实际长度与设计长度的差值。

2.3 调整链多点测量法

HYSY119锚腿切割长度计算,认定顶部预张力与设计值相同，根据安装后的确定性公差和不确定性公差，通过数值模拟计算切割长度。此方法着重于铺设过程控制，通过多次测量点校核，确保切割链环数精准度。该方法采取两步切割：调整链切割和顶部链切割。

2.3.1 调整链切割计算

锚腿预张紧后，选取调整链上的3个点进行测量，位置见图3。

图3 调整链上测量点位置示意

基于图示3点与锚桩及各自间存在的可能公差,计算3点位置的包络区域。

1)A点位于锚链入泥点附近，用于校核海床埋藏段在预张紧之后链环是否已拉直、检查土壤强度的不确定性。

2)B点距调整链末端约100 m处，其实际测量坐标作为调整链切割长度计算输入。

3)C点距调整链末端约50 m处，其实际测量坐标用于调整链切割长度计算输入。

基于B点和C点的测量坐标分别计算调整链的切割长度并对比，若结果相同则切割。若结果不同，则以切割长度较短的结果进行切割。

2.3.2 顶部链切割计算

调整链切割完成后，根据调整链切割后各条锚腿的不确定性公差分布,进行敏感性分析，确定顶部链切割长度。

3 调整链切割后分析

锚腿不确定性公差均为正公差，将增加锚腿实际长度，使单点中心的实际偏移增大。若锚腿长度设计冗余小，调整链计算切割时不确定性公差已超过设计冗余时，则需对不确定性公差进行敏感性分析。HYSY119每条锚腿考虑了2 m设计冗余以补偿锚腿安装后有效长度的偏差，也是为了确保单点中心偏移量符合设计要求。其设计冗余被不确定性公差抵消后，单点中心偏移的UC值为0.999,见表3。

表3 HYSY119单点中心的设计偏移

HYSY119锚系不确定性公差见表4，总不确定性公差为+3.785 m，远超设计冗余2 m，则单点中心偏移不满足设计要求。因此，需根据调整链切割后的测量数据进行敏感分析，确定顶部链切割长度，进行切割调整。

4 锚腿切割长度计算方法对比分析

3种方法所考虑的公差对比见表5。

表4 HYSY119锚系不确定性公差

表5 3种切割方案考虑的因素

调整链末端测量法未考虑土壤特性的不确定性影响；锚桩距离法考虑了理论计算的反悬链线长度差异，未考虑土壤特性差异及海床地形影响；调整链多点测量法，对土壤特性的不确定性进行校核，并通过敏感性分析确定不确定性公差影响，微调顶部链的长度。

归纳3种切割测量方法，对比控制因素，见表6。

表6 3种计算方法对比

5 结论

1)调整链末端测量法和锚桩距离法未考虑不确定性公差的影响，需考虑较大的设计冗余。其适应于管缆悬挂较少、水深浅的单点系泊系统。

2)调整链多点测量法综合考虑了不确定性公差，调整链和顶部链的两次计算切割，适用于深水、悬挂管缆多且对于单点中心偏移要求严格的单点系泊系统。

3)锚腿长度设计时应考虑一定量的冗余，以补偿安装公差。

4)深水系泊系统设计时锚腿顶部应优先考虑采用锚链，以便进行二次切割。