CN102815373A - 一种混合式深水系泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合式深水系泊系统，包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚、靠近锚并依次连接于系泊缆索上的若干质量块、连接于系泊缆索顶端的浮筒，所述若干质量块使系泊缆索靠近锚的一端与海底相切，质量块的重力能够完全抵消系泊缆索张力在竖直方向的分力；当张力减小时，海床将对质量块提供支持力，从而缓解缆索张力。

Description

一种混合式深水系泊系统

技术领域

本发明涉及系泊领域，特别是一种适用于深水海洋工程结构的新型深水系泊系统。

背景技术

随着全球日益增长的能源需求以及浅水海域油气资源储量的逐渐减少，适用于深海油气资源开发的浮式系统逐渐成为了研究的前沿领域。大型浮式结构主要采用两种定位系统:锚泊(定位)系统和动力定位系统。由于锚泊系统具有投资少、使用、维修方便等特点，因而锚泊系统是目前主要采用的定位系统，其广泛应用于各种浮式结构。目前最常用的两种锚泊定位系统分别为悬链线系泊系统(catenary mooringsystem)和张紧式系泊系统(taut mooring system)。随着工作水深的增加，传统的悬链线系泊系统呈现出它的诸多缺点：

1、悬链线系泊系统依靠的是钢制缆索自身的重力提供浮体的回复力，因此，缆索的重量通常很大，这不仅增加了制造成本，而且缆索的张力随着缆索从海底提升而大幅增加，从而降低平台的有效承载能力；

2、悬链线系泊缆索的长度一般很长（达到水深的3倍），因此系泊半经随之增大，这将增大系泊基础占用的海床面积及与附近其它水下设施相碰撞的危险；

3、悬链线系泊缆索的回复刚度小，平台的偏移量较大，从而影响钻井活动的进行。

鉴于悬链线系泊系统的诸多缺点，目前在深海浮式平台当中，张紧式系泊系统正被越来越多的使用。张紧式系泊缆索采用的是质量较轻的高强度尼龙绳、聚酷绳或其他合成材料，缆索两端采用耐磨的钢质锚链或钢丝绳，其优良的特性已被诸多文献证明。尽管如此，张紧式系泊系统亦存在不足之处，主要有：

1、聚合材料在深海系泊领域运用较少，其材料和力学性能非常复杂，从而造成在动张力和疲劳分析时采用较大的安全系数；

2、张紧式系泊缆索端部与海底成一定的夹角（一般为30-45°），因此，抛锚点将受到一个较大的垂向载荷，这对锚的垂向抗拔性能提出了很高的要求。目前张紧式系泊系统使用较多的为法向承载锚或者吸力锚，这些设备技术复杂，安装成本较高。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种适用于深海浮式结构的悬链与张紧结合式的混合式深水系泊系统。

为实现上述目的，本发明混合式深水系泊系统可采用如下技术方案：

一种混合式深水系泊系统，包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚、靠近锚并依次连接于系泊缆索上的若干质量块、连接于系泊缆索顶端的浮筒，所述若干质量块使系泊缆索靠近锚的一端与海底相切。

为实现上述目的，本发明混合式深水系泊系统还可采用如下技术方案：

一种混合式深水系泊系统，包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚、靠近锚并依次连接于系泊缆索上的若干质量块、连接于系泊缆索顶端的浮筒，所述若干质量块使系泊缆索靠近锚的一端向下弯曲成弧形。

本发明与现有技术相比：在重力和预张力的共同作用下，系泊缆索下端在布置质量块的长度范围内将呈现悬链线形状，而未施加质量块的长度范围内，系泊缆索将被绷紧，成一条直线。系泊缆索工作时，其受到的张力随时间而变化，当系泊缆索受到最大张力时，最靠近抛锚点的质量块始终未被提升而坐落于海底，以保证系泊缆索始终与海床相切，质量块的重力能够完全抵消系泊缆索张力在竖直方向的分力；当张力减小时，海床将对质量块提供支持力，从而缓解缆索张力，因此本发明与现有技术相比，具有以下优势：1、有效降低海洋平台的运动幅度，改善平台作业条件；2、大幅度降低系泊缆索张力峰值，降低缆索破断风险； 3、保证抛锚点不受垂向张力，降低对锚的抗拔性能要求，降低锚的设计、制造和安装成本。优选的，系泊缆索上端为钢链，中间段采用轻质的人工合成纤维材料的缆绳，下端为钢链。

优选的，所述缆索末端质量块的重量从海面至海底重量依次增加或相等。

优选的，所述缆索末端质量块数量不少于2个，质量块之间的间距为缆索总长的1%-3%，质量块的重量为1-100吨之间，质量块的形状为立方体、球体、柱体中的一种，材质可为金属、水泥块、石块中一种，质量块与钢链的连接方式为悬挂或者焊接。

优选的，所述连接在缆索顶端浮筒位置在距离导缆孔100m-300m绳长处，浮力等于或质量块的总重力，浮筒的数量大于或等于一个。

附图说明

图1是本发明混合式深水系泊系统的结构示意图。

图2是本发明混合式深水系泊系统中系泊缆索下端布置质量块长度范围内的局部图。

图3是本发明混合式深水系泊系统中质量块与钢链连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请结合图1至图3所示，为本发明混合式深水系泊系统应用的具体实施方式。

本发明一种混合式深水系泊系统包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚8、靠近锚8并依次连接于系泊缆索上的若干质量块7、连接于系泊缆索7顶端的浮筒13，所述若干质量块7使系泊缆索靠近锚8的一端向下弯曲成弧形，进一步的使系泊缆索靠近锚8的一端与海底5相切。

该混合式深水系泊系统的使用按照以下步骤进行：

1、确定抛锚点位置并打桩

如图1所示，抛锚点6的位置取决于浮体1的工作水深d以及缆索4与海平面2之间的夹角θ。一般地，本发明适用于工作水深d超过500m的深海浮式结构，缆索4与海平面2之间的夹角θ取30-45°。确定抛锚点位置6后，在该点处打桩，安装锚基础8。优选地，可采用与悬链线系泊系统相同的拖曳埋式锚基础，既能提高锚设备安装时的操作性，又能节约设计和安装的成本。

2、布置系泊缆索并悬挂浮筒

系泊缆索由上端钢链3、中间段人工合成纤维缆绳4以及下端钢链11组成。优选地，上端钢链3的长度为系泊缆索总长的5%-10%，下端钢链11的长度为系泊缆索总长的5%-15%。下端钢链11的末端链节通过锚端卸扣14与锚基础8相连，上端钢链的末端链节与浮体上的锚铰机或者板眼连接。在距离导缆孔绳长为150m处悬挂浮筒13一个。

3、布置质量块

若干质量块7从抛锚点6沿缆索向上布置，布置的范围不能超出下端钢链11的长度。质量块可采用等间距及不等间距两种布置方案：等间距布置质量块时，相邻两质量块之间的距离相等，质量块的重量应沿抛锚点6向上逐渐减小；不等间距布置质量块时，两质量块之间的间距应沿抛锚点6向上逐渐增大。一般地，无论等间距还是不等间距布置质量块，相邻两质量块之间的距离应该在10-30米之间，小于这一范围，质量块之间容易发生碰撞，大于这一范围，下端钢链11的长度将增大，且不易形成悬链线形状。

一般地，质量块的数量取5-10块，质量块的形状可以是立方、长方体或者球体，质量块与钢链之间的连接可以采用焊接或者悬挂。作为实施例的优选方案，图2给出了质量块沿下端钢链11布置的详图，图3给出了质量块与钢链的连接详图。质量块7上焊接吊马17，卸扣18连接吊马17和钢链。优选地，悬挂质量块的链节尺寸应大于其它普通链节，采用加大链节15。

一般地，质量块的重量取1-100吨之间，选取原则为：当系泊缆索受到最大动张力的时候，最靠近抛锚点的质量块10始终不被提升而坐落于海底5，保守的情况下，抛锚点向上第二个质量块16亦不被提升，而其它质量块则均被抬离海床。这样，下端钢链11始终与海底5相切，可以保证锚基础8只受到水平张力，而无垂向的拔升力。

4、缆索预张紧

缆索和质量块布置完成以后，在上端钢链3的末端链节处施加预张力，对系泊缆索进行预张紧，以保证导缆孔12至最上端质量块9之间的系泊缆索成一条直线，并且保证尽量多的质量块7坐落于海底5。优选的，预张力值取系泊缆索最大静张力值的1.1倍。

Claims (6)

1.一种混合式深水系泊系统，其特征在于：包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚（8）、靠近锚（8）并依次连接于系泊缆索上的若干质量块（7）、连接于系泊缆索顶端的浮筒（13），所述若干质量块（7）使系泊缆索靠近锚（8）的一端与海底相切。

2.如权利要求1所述的混合式深水系泊系统，其特征在于：系泊缆索上端为钢链（3），中间段采用轻质的人工合成纤维材料的缆绳（4），下端为钢链（10）。

3.如权利要求1或2所述的混合式深水系泊系统，其特征在于：所述缆索末端质量块（7）的重量从海面至海底重量依次增加或相等。

4.如权利要求2所述的混合式深水系泊系统，其特征在于：所述缆索末端质量块（7）数量不少于2个，质量块之间的间距为缆索总长的1%-3%，质量块（7）的重量为1-100吨之间，质量块的形状为立方体、球体、柱体中的一种，材质可为金属、水泥块、石块中一种，质量块（7）与钢链（10）的连接方式为悬挂或者焊接。

5.如权利要求4所述的混合式深水系泊系统，其特征在于：所述连接在缆索顶端浮筒（11）位置在距离导缆孔100m-300m绳长处，浮力等于或质量块（7）的总重力，浮筒（11）的数量大于或等于一个。

6.一种混合式深水系泊系统，其特征在于：包括系泊缆索、位于系泊缆索末端的锚（8）、靠近锚（8）并依次连接于系泊缆索上的若干质量块（7）、连接于系泊缆索顶端的浮筒（13），所述若干质量块（7）使系泊缆索靠近锚（8）的一端向下弯曲成弧形。

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