CN103264752A - 一种用于张紧式系泊系统的系泊装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于张紧式系泊系统的系泊装置，包括系泊缆、置于海洋平台上的第一绞车、设于海洋平台上的支座、置于海中的浮筒、通过钢缆与浮筒相连的动滑轮、通过钢缆和动滑轮相连的第一定滑轮、与系泊缆末端固连的第二定滑轮、置于海底的锚和重物块。本发明使系泊缆张力最大处的张力减半，防止疲劳破坏，有效应对百年一遇的恶劣海况；并降低第一绞车的设计规格，大大减小了海底锚的工作负荷，降低了对锚的设计要求，不仅增加了安全性，也降低了设备成本；在海洋平台没有到达采油区域前，可以事先安装系泊系统，可通过浮筒来标示系泊所在，便于安装，且重量小、系泊半径小。

Description

一种用于张紧式系泊系统的系泊装置

技术领域

本发明涉及深海系泊系统，特别是一种用于张紧式系泊系统的系泊装置。

背景技术

目前，世界已探明的海洋石油储量80%以上都集中在水深500m之内，然而世界海洋面积的70%以上都是3000m到6000m之间的，大量的海域面积还有待探明。此外，除世界少数海域，大部分地区的近海油气资源已经日渐枯竭，向深海发展已经成为必然趋势。

走向深海的关键问题之一就是浮式结构物的定位问题。大型浮式结构物一般采用两种方式进行定位：系泊定位和动力定位。由于系泊系统具有投资少、使用和维修方便等优点，所以系泊系统是目前主要的定位系统。

目前常用的系泊系统分为悬链线式系泊系统和张紧式系泊系统。悬链线式系泊系统依靠自重为浮体提供回复力，应用广泛、技术成熟，但当水深到达1000m以上时，由于重量过大、成本剧增、系泊效率降低等因素出现，此种系泊方式已不再适合深水系泊。

鉴于悬链式系泊在海洋石油开采走向深海的种种限制，张紧式系泊系统在深海油气开发领域得到越来越多的关注。张紧式系泊利用系泊缆轴向刚度来给浮体提供回复力，系泊缆材料一般采用轻质、价低的高强度尼龙绳、聚酯绳或其他复合材料，其优良的特性已被文献和生产实际证明。尽管如此，张紧式系泊亦存在很多不足之处，如：张紧式系泊缆端部与海底成一定角度（一般30°～45°），因此海底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很高的要求，张紧式系泊的海底锚泊基础一般采用法向承载锚或者吸力锚，这些设备技术复杂、安装成本较高。再如用于张紧式系泊的聚合材料，其材料和力学性能非常复杂，张力的急剧变化非常容易引起疲劳破坏，在理论研究中不得不采用较大的安全系数，更加为实际运用于工程带来巨大挑战。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明公开一种用于张紧式系泊系统的系泊装置，达到有益效果，并且经济、可靠。

为实现上述发明目的，本发明用于张紧式系泊系统的系泊装置可采用如下技术方案：

一种用于张紧式系泊系统的系泊装置，包括系泊缆、置于海洋平台上的第一绞车、设于海洋平台上的支座、置于海中的浮筒、通过钢缆与浮筒相连的动滑轮、通过钢缆和动滑轮相连的第一定滑轮、与系泊缆末端固连的第二定滑轮、置于海底的锚和置于海底的重物块；所述第一绞车上缠绕的钢缆绕过动滑轮后与支座相连；所述浮筒上设有第二绞车，第二绞车上缠绕的系泊缆绕过第一定滑轮一圈后和第二定滑轮相连；所述锚和重物块通过绕过第二定滑轮的钢缆相连。

本发明利用定滑轮和动滑轮组合的装置，结合拉力传感器，根据张力的变化，使系泊缆中部一段在单根和双根间互相自动转换，将张力减半，将张力控制在合理范围之内，避免疲劳破坏。

作为优选，系泊缆为采用轻质、价低的高强度尼龙绳、聚酯绳或其他复合材料制成的系泊缆。

作为优选，所述重物块的形状可以为立方体、球体或柱体，材质可以为金属、水泥或石头，数量不少于一个，多个重物块时采用串联连接方式连接。

所述钢缆上安装有拉力传感器，所述浮筒中设有控制模块，所述拉力传感器通过电线与控制模块连接。

所述第一定滑轮上设有制动器，所述制动器与控制模块连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近浮筒处有一个动滑轮，该动滑轮的动滑轮轴部上绕有钢缆，钢缆一端与海洋平台上的支座绞接，一端与第一绞车连接，根据动滑轮工作原理，本设计使得第一绞车承受的工作拉力只有系泊缆张力的一半，同理支座的绞接点也承受一半的系泊缆拉力，这大大减小了第一绞车的工作负荷、支座绞接点的局部应力，整根系泊缆从海底到浮体，张力不断增大，即靠近浮体那一段张力最大，最容易发生断裂等破坏，所以本发明不仅增加安全性，还降低了第一绞车的设计规格，减少设备成本，具有很高的经济效益。

2、本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近动滑轮的附近还有第一定滑轮，纤维系泊缆缠绕在第一定滑轮上，所述纤维系泊缆一端与靠近海底的第二定滑轮相连，另一端与浮筒上的第二绞车连接，第一定滑轮上还有控制系泊缆滑动的制动器；所述第一定滑轮配合动滑轮一起使用，当遇到恶劣极限海况，动滑轮连接的第一绞车放钢缆、与第一定滑轮连接的第二绞车收系泊缆，随着动滑轮的向下滑动，一根系泊缆的地方变成有两根系泊缆来承担，使系泊缆张力减半，有效应对百年一遇的恶劣海况，反之海况良好时动滑轮向上滑动，两根系泊缆的地方变成有一根系泊缆来承担。

3、本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近海底锚处有第二定滑轮，第二定滑轮的轴部上绕有钢缆，该钢缆一端与海底锚连接，一端与重物块连接，根据定滑轮工作原理，海底锚只承受了一半的系泊缆张力，这大大减小了海底锚的工作负荷，降低了对锚的设计要求，不仅增加了安全性，也降低了设备成本。

4、本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在动滑轮上还安装有浮筒，首先，浮筒中安装有第二绞车，控制单根系泊缆的长度；其次，当动滑轮移动时，可通过浮筒来稳定动滑轮，以提高系泊的可靠性和安全性；最后，在海洋平台没有到达采油区域前，可以事先安装系泊系统，可通过浮筒来标示系泊所在，便于安装。

5、由于最大张力减半、张力变化平稳，最大程度降低了由复杂的力学及材料性能带来的影响，所以本发明可以采用质量小、价格低的聚酯缆，并且应用张紧式系泊方式，从而达到重量小、系泊半径小，也便于安装的目的。

附图说明

图1是本发明中的系泊缆上段使用较短双根系泊缆时的结构示意图；

图2是本发明中的系泊缆上段使用较长双根系泊缆时的结构示意图；

图3是图1中A处所示动滑轮和第一定滑轮组合部位的结构示意图；

图4是本发明中第一定滑轮和浮筒连接的结构示意图；

图5是本发明中动滑轮和第一定滑轮组合部位的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图5所示，本发明公开一种用于张紧式系泊系统的系泊装置，包括系泊缆、置于海洋平台6上的第一绞车1、设于海洋平台6上的支座10、置于海中的浮筒12、通过钢缆与浮筒12相连的动滑轮5、通过钢缆和动滑轮5相连的第一定滑轮16、与系泊缆末端固连的第二定滑轮8、置于海底15的锚13和置于海底15的重物块14；第一绞车1上缠绕的钢缆绕过动滑轮5后与支座10相连；浮筒12上设有第二绞车23，第二绞车23上缠绕的系泊缆绕过第一定滑轮16一圈后和第二定滑轮8相连；锚13和重物块14通过绕过第二定滑轮8的钢缆相连。其中，钢缆上安装有拉力传感器21，浮筒12中设有控制模块，拉力传感器21通过电线20与控制模块连接。第一定滑轮16上设有制动器19，制动器19与控制模块连接。

本实施例中，系泊缆采用轻质、价低的高强度尼龙绳、聚酯绳或其他复合材料。重物块14的形状可以为立方体、球体或柱体，材质可以为金属、水泥或石头，数量不少于一个，多个重物块14时采用串联连接方式连接。

为了便于说明，将钢缆分为二号钢缆2、一号钢缆4、八号钢缆9、七号钢缆11、六号钢缆17、五号钢缆18、四号钢缆28和三号钢缆29，将系泊缆分为系泊缆3和系泊缆22。

本发明中，控制模块与拉力传感器21配合进行工作的原理如下：

在控制模块中设定控制程序，根据浮式结构物系泊系统的规范，设定一个合理张力区间，例如最小值为A，最大值为B。

拉力传感器21将实时数据传递到控制模块，将系缆中张力实际值与A或者B进行对比，如果大于B，说明此时拉力过大，处于恶劣海况，滑轮组合要向下滑，控制模块发出指令，打开制动器19，第二绞车23收系缆，第一绞车1放系缆，滑轮组往系缆底端缓慢平稳下滑；之后，当拉力传感器21传递到控制模块的实时数据在A和B之间时，说明此时张力合理，海况正常，控制模块发出指令，关闭制动器19，第二绞车23和第一绞车1停止收放系缆；当拉力传感器21传递到控制模块的实时数据小于A时，说明此时拉力过小，海况较好，控制模块发出指令，打开制动器19，第二绞车23放系缆，第一绞车1收系缆，滑轮组往系泊缆靠近浮体12的一端缓慢平稳上滑。

本发明可以将系缆张力控制在合理范围内，并且张力变化幅值小、变化平稳缓慢，避免引起疲劳破坏。

具体来说，本实施例中，海洋平台6上的第一绞车1通过钢缆、动滑轮5和第一定滑轮16与系泊缆相连，系泊缆末端与第二定滑轮8，第二定滑轮8通过钢缆与锚13连接。

动滑轮5的动滑轮轴部27绕有钢缆，钢缆一端与浮体12连接，一端与第二绞车23连接；靠近海底15的钢缆一端与海底15上的锚13连接，一端与重物块14连接；动滑轮5的两端各设置有一个端盖，且四号钢缆28、三号钢缆29、六号钢缆17、五号钢缆18都绕端盖设置。第一定滑轮16两端与六号钢缆17、五号钢缆18连接，纤维系泊缆缠绕于第一定滑轮16上；第一定滑轮16上还有制动器19，控制纤维系泊缆的滑动。浮筒12的底端通过四号钢缆28和三号钢缆29分别与动滑轮5的两端连接，且四号钢缆28和三号钢缆29对称设置。

本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近浮筒12处有一个动滑轮5，该动滑轮5的动滑轮轴部27上绕有钢缆，钢缆一端与海洋平台6上的支座10绞接，一端与第一绞车1连接，根据动滑轮工作原理，本设计使得第一绞车1承受的工作拉力只有系泊缆张力的一半，同理支座10的绞接点也承受一半的系泊缆拉力，这大大减小了第一绞车1的工作负荷、支座10绞接点的局部应力，而且根据相关文献资料显示，整根系泊缆从海底15到浮体12，张力不断增大，即靠近浮体13那一段张力最大，最容易发生断裂等破坏，所以本设计不仅增加安全性，而且降低绞车的设计规格，减少设备成本。因此本发明不仅提高安全性，还具有很高的经济效益。

本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近动滑轮5的附近还有第一定滑轮16，纤维系泊缆缠绕在第一定滑轮16上，纤维系泊缆一端与靠近海底15的第二定滑轮8相连，另一端连接到浮筒12上的第二绞车23上，第一定滑轮16上还有控制系泊缆滑动的制动器19；第一定滑轮16配合动滑轮5一起使用，当遇到恶劣极限海况，动滑轮5连接的第一绞车1放钢缆、与第一定滑轮16连接的第二绞车23收系泊缆22，随着动滑轮5的滑动，一根系泊缆的地方变成有两根系泊缆来承担，使系泊缆张力减半，有效应对百年一遇的恶劣海况。

本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在靠近海底15上的锚13处有第二定滑轮8，第二定滑轮8的轴部上绕有钢缆，该钢缆一端与海底15上的锚13连接，一端与重物块14连接，根据定滑轮工作原理，锚13只承受了一半的系泊缆张力，这大大减小了锚13的工作负荷，降低了对锚13的设计要求，不仅增加了安全性，也降低了设备成本。

本发明的用于张紧式系泊系统的系泊装置，在动滑轮5上还安装有浮筒12，首先浮筒12中安装有第二绞车23，控制单根系泊缆的长度；其次，当动滑轮5移动时，可通过浮筒12来稳定动滑轮5，以提高系泊的可靠性和安全性；最后，在海洋平台6没有到达采油区域前，可以事先安装系泊系统，可通过浮筒12来标示系泊所在，便于安装。

由于最大张力减半、张力变化平稳，最大程度降低了由复杂的力学及材料性能带来的影响，所以本发明可以采用质量小、价格低的聚酯缆，并且应用张紧式系泊方式，从而达到重量小、系泊半径小，也便于安装的目的。

二号钢缆2和一号钢缆4缠绕在动滑轮5的动滑轮轴部27上，二号钢缆2的另一端与海洋平台6上的支座10相连，一号钢缆4的另一端与海洋平台6上的第一绞车1连接；动滑轮5的动滑轮端部26和第一定滑轮16的定滑轮端部25分别利用六号钢缆17、五号钢缆18连接。

动滑轮5通过四号钢缆28、三号钢缆29与浮筒12相连，四号钢缆28、三号钢缆29绕于动滑轮5的动滑轮端部26，四号钢缆28和三号钢缆29对称布置。定滑轮16与系泊缆3相连，系泊缆3缠绕于定滑轮轴部24一圈后为系泊缆22，系泊缆22与浮筒12上的第二绞车23连接；定滑轮16上还有制动器19，控制系泊缆3和系泊缆22的滑动。五号钢缆18上装有拉力传感器21，通过电线20连接到浮筒12的控制模块。

系泊缆3连接第一定滑轮16与第二定滑轮8，第二定滑轮8分别与八号钢缆9和七号钢缆11相连，其中八号钢缆9的另一端与置于海底15的锚13相连，七号钢缆11的另一端与置于海底15的重物块14相连。重物块14能提供给七号钢缆11沿系泊缆3方向上的拉力应大于用单个锚13所提供拉力的一半，重物块14的形状可以为立方体、球体和柱体，材质可以为金属、水泥或石头，数量不少于一个，多个重物块14时采用串联连接方式连接。

根据海上风浪条件的变化，通过第一绞车1收放钢缆的操作来调节系泊缆3的预张力，从而保证在风浪作用下海洋平台6的运动响应值均在规范要求范围之内；通过第一绞车1与第二绞车23同时收放钢缆和系泊缆，来控制系泊缆间最大张力，即当遇到极限海况时，海洋平台6响应巨大，造成系泊缆3张力巨大，同时六号钢缆17、五号钢缆18上也有巨大张力，拉力传感器21将具体张力值通过电线20传到浮筒12中的控制模块，控制模块通过控制程序判断系泊缆张力是否在安全范围内，假设系泊缆张力过大，控制程序发出指令，打开第一定滑轮16上的制动器19，浮筒12内的绞车23开始收起系泊缆22，同时第一绞车1开始放一号钢缆4，从而使单根系泊缆变成双根系泊缆，如图2所示，第一绞车1放一号钢缆4的速度与第二绞车23收系泊缆22速度相同，此时动滑轮5、第一定滑轮16、浮筒12三者平稳地向系泊缆3的海底15一端移动。当移动到某一位置时，浮筒12中的控制模块判断出拉力传感器21传来的张力合理，控制模块发出指令，制动器19锁死，第一绞车1与第二绞车23停止收放钢缆和系泊缆。

本发明不仅可以用于浮式海洋平台，同样适用于海上其他采油装置，以FPSO（Floating Production Storage and Offloading即浮式储油卸油装置）为例，当遇到百年一遇突发恶劣海况时，就需要将系泊解脱释放，FPSO回港避风。此时将支座10的二号钢缆2解脱，以便于第一绞车1与动滑轮5脱离，解脱后FPSO被拖航或自航到安全海域，而与动滑轮5相连的浮筒12就会漂浮到海面上成为浮标，不仅能稳定动滑轮5，在恶劣海况后还可以指示锚13和动滑轮5的位置，便于绞车1上的一号钢缆4重新缠绕到动滑轮5的动滑轮轴部27上从而与支座10再次铰接。同时当海洋平台6完成某一油气区块的钻井或采油任务后转移下一个区域，浮筒12可以清楚地标示出锚13和系泊缆3的位置，大大降低设备回收的难度和费用。

综上，本发明不仅解决悬链式系泊系统重量过大、费用过高的问题，也解决了张紧式系泊缆对锚13拉力过大、系泊缆张力过大、系泊缆张力急剧变化、钢缆对第一绞车1拉力过大等问题，也为安装、拆卸带来便利。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于张紧式系泊系统的系泊装置，其特征在于：包括系泊缆、置于海洋平台（6）上的第一绞车（1）、设于海洋平台（6）上的支座（10）、置于海中的浮筒（12）、通过钢缆与浮筒（12）相连的动滑轮（5）、通过钢缆和动滑轮（5）相连的第一定滑轮（16）、与系泊缆末端固连的第二定滑轮（8）、置于海底（15）的锚（13）和重物块（14）；所述第一绞车（1）上缠绕的钢缆绕过动滑轮（5）后与支座（10）相连；所述浮筒（12）上设有第二绞车（23），第二绞车（23）上缠绕的系泊缆绕过第一定滑轮（16）一圈后和第二定滑轮（8）相连；所述锚（13）和重物块（14）通过绕过第二定滑轮（8）的钢缆相连。

2.根据权利要求1所述的用于张紧式系泊系统的系泊装置，其特征在于：所述系泊缆为采用高强度尼龙绳或聚酯绳制成的系泊缆。

3.根据权利要求1所述的用于张紧式系泊系统的系泊装置，其特征在于：所述重物块（14）的形状为立方体、球体或柱体，材质为金属、水泥或石头，各重物块（14）之间采用串联连接方式连接。

4.根据权利要求1所述的用于张紧式系泊系统的系泊装置，其特征在于：所述钢缆上安装有拉力传感器（21），所述浮筒（12）中设有控制模块，所述拉力传感器（21）通过电线（20）与控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的用于张紧式系泊系统的系泊装置，其特征在于：所述第一定滑轮（16）上设有制动器（19），所述制动器（19）与控制模块连接。

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