CN108240915A - 独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统及监测方法 - Google Patents

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CN108240915A
CN108240915A CN201611210532.3A CN201611210532A CN108240915A CN 108240915 A CN108240915 A CN 108240915A CN 201611210532 A CN201611210532 A CN 201611210532A CN 108240915 A CN108240915 A CN 108240915A
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刘海超
樊敦秋
崔希君
初新杰
王宏安
徐增强
蒙占彬
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Sinopec Oilfield Service Corp
Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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Sinopec Oilfield Service Corp
Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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Abstract

本发明涉及一种独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统及监测方法，将液位监测组块、监测数据处理组块、坐底稳性分析计算组块、计算数据存储及格式化输出模块结合在一起，液位监测组块能够对平台各液舱液位进行监测存储，通过监测数据处理组块进行分析计算，得到平台可变载荷分布情况，计算平台重量分布；通过坐底稳性分析计算组块进行平台坐底稳性分析计算；通过计算数据存储及格式化输出模块对监测数据处理组块、坐底稳性分析计算组块的分析数据进行存储及格式化输出，实现独立桩靴自升式平台拖航—就位—预压—作业—拔桩过程中平台载荷分布状态及坐底稳性的实时监测。

Description

独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于海洋工程监测领域，具体是一套监测独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统及监测方法。
背景技术
独立桩靴自升式平台是浅海油气勘探、开发的主要手段，由于其在设计、建造、运输、海上安装以及易地重复使用等方面具有经济实用、机动灵活的特点，从20世纪50年代起就广泛地应用于海上油气勘探开发。这类平台的作业过程一般是：首先平台拖航至预定目的地，桩腿下沉将平台主体举升至海面之上，然后对海底进行压实作业，最后平台在坐底状态下进行正常的生产作业。平台处于预压及坐底状态时，受到风、浪、流、海底基础、自身载荷变化等多种因素的影响，加之海洋及地质条件复杂，井口平台周围海底地基易发生淘空、剥蚀、液化等现象，导致浅层工程地质及地貌变化，对平台坐底稳性造成影响，从而影响预压及坐底状态的安全性。坐底稳性是评价平台坐底状态整体安全性的关键指标，主要包括地基承载力、平台抗滑稳性和抗倾稳性等，均在平台设计的计算书中明确给出。目前国内独立桩靴自升式平台数量众多，其作业海域地质条件复杂，虽然所开展的相关研究很多，但因环境、装载等条件千变万化，平台作业者无法根据现场条件对作业平台当时的预压情况及座底稳性进行有效评价，一直没有在平台上配置平台的坐底稳性提供有效的实时监测系统。
发明内容
本发明目的是针对独立桩靴自升式平台的坐底稳性无法进行实时监测的现有问题，开发一套用于实时监测独立桩靴自升式平台坐底稳性的系统及相应的监测方法，此系统集成了液位监测技术和以海洋平台现场环境、地质条件及平台自身载荷分布为要素的坐底稳性现场分析技术，从而实现平台在就位、预压、载荷控制、现场监测环节的程序化，为独立桩靴自升式平台预压及坐底安全分析提供现场支持。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:
首先，给出一种独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统，包括液位监测组块、监测数据处理组块、坐底稳性分析计算组块、计算数据存储及格式化输出模块；其中：
液位监测组块包括液位监测传感器和液位监测数据存储控制模块，液位监测传感器通过数据线与液位监测数据存储控制模块连接；液位监测传感器用于接收液位监测数据存储控制模块的指令进行平台舱室液位监测，并将监测数据传输给液位监测数据存储控制模块进行数据存储；液位监测数据存储控制模块用于将存储的液位监测数据传输给液位监测数据处理模块处理；
监测数据处理组块包括液位监测数据处理模块、平台数字化模型和平台重量重心计算模块，液位监测数据存储控制模块连接液位监测数据处理模块，液位监测数据处理模块和平台数字化模型连接平台重量重心计算模块；液位监测数据处理模块用于将液位监测数据处理结果传输给平台重量重心计算模块；平台数字化模型用于将平台尺度、初始重量数据传输给平台重量重心计算模块；平台重量重心计算模块用于将液位监测数据处理模块和平台数字化模型传输的数据进行整合计算，得到平台当前状态的重量重心情况，并将计算结果传输给平台载荷分配计算模块；
坐底稳性分析计算组块包括环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块和平台抗倾稳性计算模块，环境载荷计算模块和地质资料数据库连接平台载荷分配计算模块，平台载荷分配计算模块分别连接平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块和平台抗倾稳性计算模块；环境载荷计算模块用于根据当前环境条件计算环境载荷并将结果传输给平台载荷分配计算模块；地质资料数据库用于根据井位名称选取相应井位地质资料传输给平台载荷分配计算模块；平台载荷分配计算模块用于将平台重量重心计算模块、环境载荷计算模块、地质资料数据库数据进行整合计算，得到平台各桩腿载荷分布情况和当前井位各地层的地基承载力，并将计算结果分别传输给平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块；平台对地比压及插拔桩计算模块用于整合平台载荷分配计算模块数据计算平台对地比压、桩靴入泥深度、拔桩能力，平台抗滑稳性计算模块用于整合平台载荷分配计算模块数据计算平台抗滑稳性，平台抗倾稳性计算模块用于整合平台载荷分配计算模块数据计算平台抗倾稳性
监测数据处理组块中的液位监测数据处理模块、平台数字化模型、平台重量重心计算模块以及坐底稳性分析计算组块中的环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块分别连接计算数据存储及格式化输出模块；
计算数据存储及格式化输出模块用于接收监测数据处理组块中的液位监测数据处理模块、平台数字化模型、平台重量重心计算模块以及坐底稳性分析计算组块中的环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块各自的计算结果并对计算结果进行数据存储和格式化输出，供现场工作人员用于决策参考。
进一步的，所述液位监测传感器用于装设于平台各液舱内；所述计算数据存储及格式化输出模块、液位监测数据存储控制模块、液位监测数据处理模块、平台数字化模型、平台重量重心计算模块、环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块用于装设于独立桩靴自升式平台中控室内。
接着给出上述独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统的监测方法，所述液位监测组块测得数据传送给监测数据处理组块处理后输入坐底稳性分析计算组块，实时计算后结果传送计算数据存储及格式化输出模块。
进一步的，在独立桩靴自升式平台就位后，首先，向地质资料数据库中输入现场井位编号，地质资料数据库自动调取当前井位的地质资料；向环境载荷计算模块输入当前环境参数，环境载荷计算模块根据当前环境条件计算环境载荷，并将结果传输给平台载荷分配计算模块；
同时，液位监测传感器通过接收液位监测数据存储控制模块的指令进行平台舱室液位监测，并将监测数据传输给液位监测数据存储控制模块进行数据存储；液位监测数据存储控制模块将存储的液位监测数据传输给液位监测数据处理模块处理；
接着，液位监测数据处理结果由液位监测数据处理模块传输给平台重量重心计算模块；平台数字化模型将平台尺度、初始重量数据传输给平台重量重心计算模块；平台重量重心计算模块将液位监测数据处理模块和平台数字化模型传输的数据进行整合计算，得到平台当前状态的重量重心情况，并将计算结果传输给平台载荷分配计算模块；
然后，平台载荷分配计算模块将平台重量重心计算模块、环境载荷计算模块、地质资料数据库数据进行整合计算，得到平台各桩腿载荷分布情况和当前井位各地层的地基承载力，并将计算结果分别传输给平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块；平台对地比压及插拔桩计算模块整合平台载荷分配计算模块数据计算平台对地比压、桩靴入泥深度、拔桩能力，平台抗滑稳性计算模块整合平台载荷分配计算模块数据计算平台抗滑稳性，平台抗倾稳性计算模块整合平台载荷分配计算模块数据计算平台抗倾稳性；
上述计算过程中，液位监测数据处理模块、平台数字化模型、平台重量重心计算模块、环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块分别将各自的计算结果传输给计算数据存储及格式化输出模块进行数据存储和格式化输出。
进一步的，所述计算数据存储及格式化输出模块通过计算机显示器及打印机进行格式化输出。
进一步的，在独立桩靴自升式平台下放桩腿后进行预压操作时，为实现预压过程的坐底稳性的实时监测，所述液位监测传感器将各舱室液位信息不间断的传输到独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统，通过独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统的计算，得到平台坐底稳性的实时监测信息。
进一步的，在独立桩靴自升式平台预压后的作业过程中，为实现预压过程的坐底稳性的实时监测，根据独立桩靴自升式平台上物料的不断变化及环境条件的变化，在独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统中输入物料及环境参数的变化情况，通过独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统的计算，得到平台坐底稳性的实时监测信息。
进一步的，液位监测数据处理模块读取液位监测数据存储控制模块输出的各液舱对应的液位高度信息，将液位高度信息按照液舱名称赋予平台数字化模型中的各液舱中，通过计算得到各液舱的重量信息，其计算公式为：
g液＝S×h×v×ρ
g液：液货重量，t；
S：液舱底面积，m2；
h：液舱液位高度，m；
v：液舱舱容系数；
ρ：液舱对应液体比重，t/m3。
计算后的液舱的重量信息输出至平台重量重心计算模块。平台数字化模型包括平台的几何模型、空船重量重心位置、各舱室的名称及坐标、舱室的舱容系数等一系列的数据，该模型提前建立好预制于平台坐底稳性实时监测系统中。平台重量重心计算模块能够调取液位监测数据处理模块计算的得到的各液舱的重量信息、平台重量重心计算模块中的空船重量重心及各舱室的坐标信息，通过统计计算得到平台在各种工况下的重量重心。其计算公式为：
G＝G1+∑g物+∑g液
X＝(G1×X1+∑g物×x物+∑g液×x液)/G
Y＝(G1×Y1+∑g物×y物+∑g液×y液)/G
Z＝(G1×Z1+∑g物×z物+∑g液×z液)/G
G：平台总重，t；
X：平台重心x坐标；
Y：平台重心y坐标；
Z：平台重心z坐标；
G1：平台空船重量，t；
X1：平台空船重心x坐标；
Y1：平台空船重心y坐标；
Z1：平台空船重心z坐标；
g物：平台上固体物料重量，t；
x物：平台上固体物料重心x坐标；
y物：平台上固体物料重心y坐标；
z物：平台上固体物料重心z坐标；
g液：液货重量，t；
x液：平台上液货重心x坐标；
y液：平台上液货重心y坐标；
z液：平台上液货重心z坐标。
坐底稳性分析计算组块包括：环境载荷计算模块、地质资料数据库、平台载荷分配计算模块、平台对地比压及插拔桩计算模块、平台抗滑稳性计算模块、平台抗倾稳性计算模块。
其中，进行环境载荷计算时需要根据平台作业过程的实际环境条件调整系统中的水深、风速、波高、波浪周期、流速等环境参数，环境载荷计算模块11根据实际环境参数计算平台在该工况下所受到的风力、波流力、风倾力矩及波流力矩。风载荷计算公式如下：
F风＝Ch×Cs×S×P
P＝0.613V风 2
F风：风载荷作用力，kN；
Ch：暴露在风中构件的高度系数；
Cs：暴露在风中构件的形状系数；
S：暴露在风中构件的正投影面积，m2；
P：风压，Pa；
V风：环境风速，m/s。
风倾力矩计算公式如下：
M风倾＝F风×L风
M风倾：风载荷作用力矩，kN·m；
F风：风载荷作用力，kN；
L风：风载荷作用点距平台桩靴距离，m。
波浪力计算采用斯托克斯波浪理论，应用莫里森方程进行有限元计算，其公式如下:
F波浪＝1/2ρ×CD×A波浪×|ux|×ux+ρ×(1+Cm)×V×ut
F波浪：波浪载荷作用力，kN；
ρ：海水密度，kg/m3；
CD：拖曳力系数；
Cm：附连水质量系数；
A波浪：单位长度桩柱在垂直于波浪运动方向上的投影，m2/m；
V：构件单位长度的排水体积，m3/m；
ux：波浪水质点的水平速度，m/s；
ut：波浪水质点的水平加速度，m/s2。
波浪力矩计算公式如下：
M波浪＝F波浪×L波浪
M波浪：波浪载荷作用力矩，kN·m；
F波浪：波浪载荷作用力，kN；
L波浪：波浪载荷作用点距平台桩靴距离，m。
海流载荷计算公式如下：
F海流＝1/2ρ×CD×A×v2
F海流：海流载荷作用力，kN；
ρ：海水密度，kg/m3；
CD：拖曳力系数；
A：构件在与流向垂直的平面上的投影面积，m2；
v：设计流速，m/s。
海流力矩计算公式如下：
M海流＝F海流×L海流
M海流：海流载荷作用力矩，kN·m；
F海流：海流载荷作用力，kN；
L海流：海流载荷作用点距平台桩靴距离，m。
地质资料数据库中按照井位名称存储了渤海湾地区200多口井位30m以内的工程地质资料，便于按井位调取用于计算平台在不同井位的插拔桩及抗滑稳性情况，并且在后期应用时可随时根据需要录入添加，录入后的自动存储于数据库内。工程地质资料中主要包括不同深度土层的土质描述、深度、厚度、水下重度、粘性土设计抗剪强度、粒状土设计抗剪强度、承载力系数等参数。
平台载荷分配计算模块通过获取平台重量重心计算模块计算的平台重量重心结果，计算平台重量载荷在平台三个桩腿上的分布情况，从而得到各个桩腿的对地压力，其计算公式如下：
F1：平台艏桩对地压力，kN；
F2：平台艉左桩对地压力，kN；
F3：平台艉右桩对地压力，kN；
g：重力加速度，m/s2；
G：平台总重，t；
L：艉桩距平台基线原点的X方向上的距离，m；
L1：平台两个艉桩之间的距离，m；
L2：平台艉桩与艏桩X方向上的距离，m；
X：平台重心x方向坐标；
Y：平台重心y方向坐标。
平台对地比压及插拔桩计算模块通过获取平台数字化模型中的桩靴数据，计算桩靴的下表面积sd、侧表面积sl和上表面积su，然后通过调取平台载荷分配计算模块计算的各桩腿对地压力结果，计算各个桩靴的对地比压，计算公式如下：
q＝F/sd
q：桩靴对地比压，kPa；
F：桩靴对地压力，kN；
sd：桩靴下表面积，m2；
平台对地比压及插拔桩计算模块根据所作业井位名称调取地质资料数据库中相应井位的工程地质资料，并采用有限元的方法计算该工程地质资料中各层土质的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力。因粉土与粘土计算单位面积桩端阻力和侧面摩擦力的公式不同，所以在调取计算公式时采用选择函数的方式，当地质资料数据库中存储的工程地质资料中粘性土设计抗剪强度Ck为0时，调用粉土的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力公式，当Ck不为0时，采用粘土的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力公式。计算公式如下：
1、单位面积桩端阻力
1)、粘土层：q＝9×Ck
q：单位面积桩端阻力
Ck：的不排水抗剪强度(查表)
2)粉土层：单位面积桩端阻力q＝p0×Nq
Nq为承载力系数(查表)
P0为计算点的有效覆土压力，
P0＝∑每层土的水下重度×每层土的深度
每层土的水下重度和深度查表
计算粉土层的地基应力时，由于每层粉土的地基应力随着有效覆土压力的增大不断增大，所以计算时同时要计算表层、底层和变化率。
此处输出对地比压q，单位分别以kPa和t/m2输出两次。
2、计算插桩的单位面积侧面摩擦力(计算余量及计算土层穿刺力用)
1)粘土层：单位面积侧摩擦阻力f＝a×Ck
Ck为此处土的不排水抗剪强度(查表)
a为系数：
a＝0.5∮+0.5，当∮＜1.0；
a＝0.5∮-0.25，当∮≥1.0；
∮＝Ck/p0
Ck、p0查表
2)粉土层：单位面积侧摩擦阻力f＝k0×p0×tg§
k0＝1，计算系数；
p0查表
§＝Φk-5，§为桩土摩擦角，
Φk为内摩擦角，即粒状土设计抗剪强度，查表
此处输出单位面积侧摩擦阻力f，单位分别以kPa和t/m2输出两次。
本发明的优点是：针对作业现场对平台预压、作业坐底稳性无法实时监测的问题，提出了一种有效的实时监测系统和方法，通过调取监测液位数据及数据库数据方便快捷的对平台坐底稳性进行实时监测，能不间断的了解坐底稳性的实时变化情况，供现场工作人员用于决策参考，具有现场实时监测的特点，且系统相对简单，数据传输、处理速度快，工作可靠性高。
附图说明
图1为独立桩靴自升式平台坐底稳性监测系统功能结构图；
图2为独立桩靴自升式平台坐底稳性监测系统数据流程图；
图3为自升式平台作业过程中坐底稳性实时监测示意图；
图中：1独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统、2液位监测组块、3监测数据处理组块、4坐底稳性分析计算组块、5计算数据存储及格式化输出模块、6液位监测传感器、7液位监测数据存储控制模块、8液位监测数据处理模块、9平台数字化模型、10平台重量重心计算模块、11环境载荷计算模块、12地质资料数据库、13平台载荷分配计算模块、14平台对地比压及插拔桩计算模块、15平台抗滑稳性计算模块、16平台抗倾稳性计算模块。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例为独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统对平台坐底稳性进行实时监测，监测过程从平台拖航到指定井位开始，直至平台拔桩后拖航离开井位。独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1包括：液位监测组块2、监测数据处理组块3、坐底稳性分析计算组块4、计算数据存储及格式化输出模块5、液位监测传感器6、液位监测数据存储控制模块7、液位监测数据处理模块8、平台数字化模型9、平台重量重心计算模块10、环境载荷计算模块11、地质资料数据库12、平台载荷分配计算模块13、平台对地比压及插拔桩计算模块14、平台抗滑稳性计算模块15、平台抗倾稳性计算模块16。
本实施例的具体实施方式如下：
独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1在平台建造或改造时装设于独立桩靴自升式平台上，液位监测传感器6装设于平台各液舱内，计算数据存储及格式化输出模块5、液位监测数据存储控制模块7、液位监测数据处理模块8、平台数字化模型9、平台重量重心计算模块10、环境载荷计算模块11、地质资料数据库12、平台载荷分配计算模块13、平台对地比压及插拔桩计算模块14、平台抗滑稳性计算模块15、平台抗倾稳性计算模块16装设于自升式平台中控室内专用微机上，液位监测传感器6通过数据线与液位监测数据存储控制模块7连接。
独立桩靴自升式平台整个作业过程包括平台拖航—就位—预压—作业—拔桩五个步骤。首先将平台拖航到指定井位，向地质资料数据库12中输入现场井位编号，地质资料数据库12自动调取当前井位的地质资料，然后向环境载荷计算模块11输入当前环境参数，环境载荷计算模块11根据当前环境条件计算环境载荷。同时液位监测传感器6通过接收液位监测数据存储控制模块7的指令进行平台舱室液位监测，并将监测数据传输给液位监测数据存储控制模块7进行数据存储。液位监测数据存储控制模块7将存储的液位监测数据传输给液位监测数据处理模块8处理。液位监测数据处理结果由液位监测数据处理模块8传输给平台重量重心计算模块10。平台数字化模型9将平台尺度、初始重量数据传输给平台重量重心计算模块10。平台重量重心计算模块10将液位监测数据处理模块8和平台数字化模型9传输的数据进行整合计算，得到平台当前状态的重量重心情况，并将计算结果传输给平台载荷分配计算模块13。平台载荷分配计算模块13将平台重量重心计算模块10、环境载荷计算模块11、地质资料数据库12数据进行整合计算，得到平台各桩腿载荷分布情况和当前井位各地层的地基承载力。并将计算结果分别传输给平台对地比压及插拔桩计算模块14、平台抗滑稳性计算模块15、平台抗倾稳性计算模块16。平台对地比压及插拔桩计算模块14整合平台载荷分配计算模块13数据计算平台对地比压、桩靴入泥深度、拔桩能力，平台抗滑稳性计算模块15整合平台载荷分配计算模块13数据计算平台抗滑稳性，平台抗倾稳性计算模块16整合平台载荷分配计算模块13数据计算平台抗倾稳性。上述计算过程中，液位监测数据处理模块8、平台数字化模型9、平台重量重心计算模块10、环境载荷计算模块11、地质资料数据库12、平台载荷分配计算模块13、平台对地比压及插拔桩计算模块14、平台抗滑稳性计算模块15、平台抗倾稳性计算模块16分别将各自的计算结果传输给计算数据存储及格式化输出模块5进行数据存储和格式化输出，并通过计算机显示器及打印机提供给现场监测人员。
平台下放桩腿后需进行预压操作，此时各液舱内压载水位不断变化，液位监测传感器6将各舱室液位信息不间断的传输到独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1，通过独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1的计算，得到平台坐底稳性的实时监测信息，实现预压过程的坐底稳性的实时监测。
平台预压后开始进行正常的作业，在平台的作业过程中，平台上物料的不断变化及环境条件的变化将对平台坐底稳性造成影响，此时，只需要在独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1中输入物料及环境参数的变化情况，独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1就能对这些变化进行实时分析，实现平台作业过程的坐底稳性的实时监测。
在独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统1实现平台就位-预压-作业过程中坐底稳性实时监测的同时，记录下每一次坐底稳性计算的拔桩力数值，并自动存储其最大值作为平台拔桩力计算的结果，用于对平台拔桩情况进行预判，从而实现了平台就位-预压-作业-拔桩整个过程的坐底稳性实时监测。

Claims (9)

1.一种独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统，其特征在于：包括液位监测组块（2）、监测数据处理组块（3）、坐底稳性分析计算组块（4）、计算数据存储及格式化输出模块（5）；其中：
液位监测组块（2）包括液位监测传感器（6）和液位监测数据存储控制模块（7），液位监测传感器（6）通过数据线与液位监测数据存储控制模块（7）连接；液位监测传感器（6）用于接收液位监测数据存储控制模块（7）的指令进行平台舱室液位监测，并将监测数据传输给液位监测数据存储控制模块（7）进行数据存储；液位监测数据存储控制模块（7）用于将存储的液位监测数据传输给液位监测数据处理模块（8）处理；
监测数据处理组块（3）包括液位监测数据处理模块（8）、平台数字化模型（9）和平台重量重心计算模块（10），液位监测数据存储控制模块（7）连接液位监测数据处理模块（8），液位监测数据处理模块（8）和平台数字化模型（9）连接平台重量重心计算模块（10）；液位监测数据处理模块（8）用于将液位监测数据处理结果传输给平台重量重心计算模块（10）；平台数字化模型（9）用于将平台尺度、初始重量数据传输给平台重量重心计算模块（10）；平台重量重心计算模块（10）用于将液位监测数据处理模块（8）和平台数字化模型（9）传输的数据进行整合计算，得到平台当前状态的重量重心情况，并将计算结果传输给平台载荷分配计算模块（13）；
坐底稳性分析计算组块（4）包括环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）、平台载荷分配计算模块（13）、平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）和平台抗倾稳性计算模块（16），环境载荷计算模块（11）和地质资料数据库（12）连接平台载荷分配计算模块（13），平台载荷分配计算模块（13）分别连接平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）和平台抗倾稳性计算模块（16）；环境载荷计算模块（11）用于根据当前环境条件计算环境载荷并将结果传输给平台载荷分配计算模块（13）；地质资料数据库（12）用于根据井位名称选取相应井位地质资料传输给平台载荷分配计算模块（13）；平台载荷分配计算模块（13）用于将平台重量重心计算模块（10）、环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）数据进行整合计算，得到平台各桩腿载荷分布情况和当前井位各地层的地基承载力，并将计算结果分别传输给平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）；平台对地比压及插拔桩计算模块（14）用于整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台对地比压、桩靴入泥深度、拔桩能力，平台抗滑稳性计算模块（15）用于整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台抗滑稳性，平台抗倾稳性计算模块（16）用于整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台抗倾稳性
监测数据处理组块（3）中的液位监测数据处理模块（8）、平台数字化模型（9）、平台重量重心计算模块（10）以及坐底稳性分析计算组块（4）中的环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）、平台载荷分配计算模块（13）、平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）分别连接计算数据存储及格式化输出模块（5）；
计算数据存储及格式化输出模块（5）用于接收监测数据处理组块（3）中的液位监测数据处理模块（8）、平台数字化模型（9）、平台重量重心计算模块（10）以及坐底稳性分析计算组块（4）中的环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）、平台载荷分配计算模块（13）、平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）各自的计算结果并对计算结果进行数据存储和格式化输出，供现场工作人员用于决策参考。
2.根据权利要求1所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统，其特征在于：所述液位监测传感器（6）用于装设于平台各液舱内；所述计算数据存储及格式化输出模块（5）、液位监测数据存储控制模块（7）、液位监测数据处理模块（8）、平台数字化模型（9）、平台重量重心计算模块（10）、环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）、平台载荷分配计算模块（13）、平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）用于装设于独立桩靴自升式平台中控室内。
3.利用权利要求1-2任一所述独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统的一种独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征是：所述液位监测组块（2）测得数据传送给监测数据处理组块（3）处理后输入坐底稳性分析计算组块（4），实时计算后结果传送计算数据存储及格式化输出模块（5）。
4.根据权利要求3所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：在独立桩靴自升式平台就位后，首先，向地质资料数据库（12）中输入现场井位编号，地质资料数据库（12）自动调取当前井位的地质资料；向环境载荷计算模块（11）输入当前环境参数，环境载荷计算模块（11）根据当前环境条件计算环境载荷，并将结果传输给平台载荷分配计算模块（13）；
同时，液位监测传感器（6）通过接收液位监测数据存储控制模块（7）的指令进行平台舱室液位监测，并将监测数据传输给液位监测数据存储控制模块（7）进行数据存储；液位监测数据存储控制模块（7）将存储的液位监测数据传输给液位监测数据处理模块（8）处理；
接着，液位监测数据处理结果由液位监测数据处理模块（8）传输给平台重量重心计算模块（10）；平台数字化模型（9）将平台尺度、初始重量数据传输给平台重量重心计算模块（10）；平台重量重心计算模块（10）将液位监测数据处理模块（8）和平台数字化模型（9）传输的数据进行整合计算，得到平台当前状态的重量重心情况，并将计算结果传输给平台载荷分配计算模块（13）；
然后，平台载荷分配计算模块（13）将平台重量重心计算模块（10）、环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）数据进行整合计算，得到平台各桩腿载荷分布情况和当前井位各地层的地基承载力，并将计算结果分别传输给平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）；平台对地比压及插拔桩计算模块（14）整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台对地比压、桩靴入泥深度、拔桩能力，平台抗滑稳性计算模块（15）整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台抗滑稳性，平台抗倾稳性计算模块（16）整合平台载荷分配计算模块（13）数据计算平台抗倾稳性；
上述计算过程中，液位监测数据处理模块（8）、平台数字化模型（9）、平台重量重心计算模块（10）、环境载荷计算模块（11）、地质资料数据库（12）、平台载荷分配计算模块（13）、平台对地比压及插拔桩计算模块（14）、平台抗滑稳性计算模块（15）、平台抗倾稳性计算模块（16）分别将各自的计算结果传输给计算数据存储及格式化输出模块（5）进行数据存储和格式化输出。
5.根据权利要求4所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：所述计算数据存储及格式化输出模块（5）通过计算机显示器及打印机进行格式化输出。
6.根据权利要求4所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：在独立桩靴自升式平台下放桩腿后进行预压操作时，为实现预压过程的坐底稳性的实时监测，所述液位监测传感器（6）将各舱室液位信息不间断的传输到独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统（1），通过独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统（1）的计算，得到平台坐底稳性的实时监测信息。
7.根据权利要求4所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：在独立桩靴自升式平台预压后的作业过程中，为实现预压过程的坐底稳性的实时监测，根据独立桩靴自升式平台上物料的不断变化及环境条件的变化，在独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统（1）中输入物料及环境参数的变化情况，通过独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测系统（1）的计算，得到平台坐底稳性的实时监测信息。
8.根据权利要求4所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：液位监测数据处理模块（8）读取液位监测数据存储控制模块（7）输出的各液舱对应的液位高度信息，将液位高度信息按照液舱名称赋予平台数字化模型（9）中的各液舱中，通过计算得到各液舱的重量信息，其计算公式为：
g液=S×h×ｖ×ρ
g液：液货重量，t；
S：液舱底面积，m2；
h：液舱液位高度，m；
ｖ：液舱舱容系数；
ρ：液舱对应液体比重，t/m3；
计算后的液舱的重量信息输出至平台重量重心计算模块10。
平台数字化模型（9）包括平台的几何模型、空船重量重心位置、各舱室的名称及坐标、舱室的舱容系数等数据，该模型提前建立好预制于平台坐底稳性实时监测系统中；平台重量重心计算模块（10）能够调取液位监测数据处理模块（8）计算的得到的各液舱的重量信息、平台重量重心计算模块（10）中的空船重量重心及各舱室的坐标信息，通过统计计算得到平台在各种工况下的重量重心；其计算公式为：
G=G1+∑g物+∑g液
X=（G1×X1+∑g物×x物+∑g液×x液）/ G
Y=（G1×Y1+∑g物×y物+∑g液×y液）/ G
Z=（G1×Z1+∑g物×z物+∑g液×z液）/ G
G：平台总重，t；
X：平台重心x坐标；
Y：平台重心y坐标；
Z：平台重心z坐标；
G1：平台空船重量，t；
X1：平台空船重心x坐标；
Y1：平台空船重心y坐标；
Z1：平台空船重心z坐标；
g物：平台上固体物料重量，t；
x物：平台上固体物料重心x坐标；
y物：平台上固体物料重心y坐标；
z物：平台上固体物料重心z坐标；
g液：液货重量，t；
x液：平台上液货重心x坐标；
y液：平台上液货重心y坐标；
z液：平台上液货重心z坐标。
9.根据权利要求4所述的独立桩靴自升式平台坐底稳性实时监测方法，其特征在于：进行环境载荷计算时需要根据平台作业过程的实际环境条件调整系统中的水深、风速、波高、波浪周期、流速环境参数，环境载荷计算模块（11）根据实际环境参数计算平台在该工况下所受到的风力、波流力、风倾力矩及波流力矩；风载荷计算公式如下：
F风=Ch×Cs×S×P
P=0.613V风 2
F风：风载荷作用力，kN；
Ch：暴露在风中构件的高度系数；
Cs：暴露在风中构件的形状系数；
S：暴露在风中构件的正投影面积，m2；
P：风压，Pa；
V风：环境风速，m/s。
风倾力矩计算公式如下：
M风倾= F风×L风
M风倾：风载荷作用力矩，kN·m；
F风：风载荷作用力，kN；
L风：风载荷作用点距平台桩靴距离，m；
波浪力计算采用斯托克斯波浪理论，应用莫里森方程进行有限元计算，其公式如下:
F波浪=½ρ×CD×A波浪×｜ｕｘ｜×ｕｘ+ρ×（1+Cm）×V×ｕt
F波浪：波浪载荷作用力，kN；
ρ：海水密度，kg/m3；
CD：拖曳力系数；
Cm：附连水质量系数；
A波浪：单位长度桩柱在垂直于波浪运动方向上的投影，m2/m；
V：构件单位长度的排水体积，m3/m；
ｕｘ：波浪水质点的水平速度，m/s；
ｕt：波浪水质点的水平加速度，m/s2。
波浪力矩计算公式如下：
M波浪= F波浪×L波浪
M波浪：波浪载荷作用力矩，kN·m；
F波浪：波浪载荷作用力，kN；
L波浪：波浪载荷作用点距平台桩靴距离，m。
海流载荷计算公式如下：
F海流=½ρ×CD×A×v2
F海流：海流载荷作用力，kN；
ρ：海水密度，kg/m3；
CD：拖曳力系数；
A：构件在与流向垂直的平面上的投影面积，m2；
v：设计流速，m/s。
海流力矩计算公式如下：
M海流= F海流×L海流
M海流：海流载荷作用力矩，kN·m；
F海流：海流载荷作用力，kN；
L海流：海流载荷作用点距平台桩靴距离，m；
地质资料数据库（12）中按照井位名称存储了多口井位在30m以内的工程地质资料，便于按井位调取用于计算平台在不同井位的插拔桩及抗滑稳性情况，并且在后期应用时可随时根据需要录入添加，录入后的自动存储于数据库内。工程地质资料中主要包括不同深度土层的土质描述、深度、厚度、水下重度、粘性土设计抗剪强度、粒状土设计抗剪强度、承载力系数等参数；
平台载荷分配计算模块（13）通过获取平台重量重心计算模块（10）计算的平台重量重心结果，计算平台重量载荷在平台三个桩腿上的分布情况，从而得到各个桩腿的对地压力，其计算公式如下：
×g
×g
×g
F1：平台艏桩对地压力，kN；
F2：平台艉左桩对地压力，kN；
F3：平台艉右桩对地压力，kN；
g：重力加速度，m/s2；
G：平台总重，t；
L：艉桩距平台基线原点的X方向上的距离，m；
L1：平台两个艉桩之间的距离，m；
L2：平台艉桩与艏桩X方向上的距离，m；
X：平台重心x方向坐标；
Y：平台重心y方向坐标；
平台对地比压及插拔桩计算模块（14）通过获取平台数字化模型（9）中的桩靴数据，计算桩靴的下表面积sd、侧表面积sl和上表面积su，然后通过调取平台载荷分配计算模块（13）计算的各桩腿对地压力结果，计算各个桩靴的对地比压，计算公式如下：
q=F/sd
q：桩靴对地比压，kPa；
F：桩靴对地压力，kN；
sd：桩靴下表面积，m2；
平台对地比压及插拔桩计算模块（14）根据所作业井位名称调取地质资料数据库12中相应井位的工程地质资料，并采用有限元的方法计算该工程地质资料中各层土质的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力；因粉土与粘土计算单位面积桩端阻力和侧面摩擦力的公式不同，所以在调取计算公式时采用选择函数的方式，当地质资料数据库（12）中存储的工程地质资料中粘性土设计抗剪强度Ck为0时，调用粉土的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力公式，当Ck不为0时，采用粘土的单位面积桩端阻力和侧面摩擦力公式；计算公式如下：
（1）、单位面积桩端阻力
1) 粘土层： q=9×Ck
q：单位面积桩端阻力
Ck：的不排水抗剪强度（查表）
2) 粉土层：单位面积桩端阻力q=p0×Nq
Nq为承载力系数（查表）
P0为计算点的有效覆土压力，
P0=∑每层土的水下重度×每层土的深度
每层土的水下重度和深度查表
计算粉土层的地基应力时，由于每层粉土的地基应力随着有效覆土压力的增大不断增大，所以计算时同时要计算表层、底层和变化率。
此处输出对地比压q，单位分别以kPa和t/m2输出两次；
（2）、计算插桩的单位面积侧面摩擦力（计算余量及计算土层穿刺力用）
1) 粘土层：单位面积侧摩擦阻力f=a×Ck
Ck为此处土的不排水抗剪强度（查表）
a为系数：
a=0.5∮+0.5，当∮＜1.0；
a=0.5∮-0.25，当∮≥1.0；
∮=Ck/p0
Ck、p0查表
2) 粉土层：单位面积侧摩擦阻力f=k0×p0×tg§
k0=1，计算系数；
p0查表
§=Φk-5，§为桩土摩擦角，
Φk为内摩擦角，即粒状土设计抗剪强度，查表
此处输出单位面积侧摩擦阻力f，单位分别以kPa和t/m2输出两次。
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