CN117622383B - 一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水上船只技术领域，尤其涉及一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，包括如下步骤：将系泊锚腿、主作业船、辅助拖轮串联；辅助拖轮移船到安全距离；辅助拖轮与主作业船交替作业并逐渐增大拉力，直至辅助拖轮的拉力达到预设拉力后辅助拖轮停止作业，主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力；拉力计实时将读数传输给数据处理模块，数据处理模块综合考虑各因素影响，实时计算系泊锚腿实际产生的预张紧力，计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值主作业船停止。本发明提供的方法保证施加到系泊锚腿上的预张紧力符合设计要求。

Description

一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法

技术领域

本发明涉及水上船只技术领域，尤其涉及一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法。

背景技术

浮式生产储卸油装置（FloatingProductionStorageandOffloadingUnit，FPSO）是一种用于海上石油和天然气开发与生产处理的大型浮式生产设施，其设计目的是接收FPSO或附近平台或水下油气生产系统的油气井口生产流体，对其进行处理，并在油舱中储存石油，将其卸载到穿梭油轮上，或者通过管道运输。

为了使FPSO在海面保持相对固定，避免过量位移导致与FPSO连接的柔性立管发生破裂。为了实现FPSO在海面上的相对固定，通常使用系泊系统。其中单点系泊系统能够借助转塔中的轴承实现船体系泊的“风向标”效应，使船体在风浪流等环境载荷作用下，绕转塔进行360°旋转，处于受风浪冲击最小的方向。

转塔功能的实现的核心部分就是系泊锚腿，单根系泊锚腿由锚桩、锚链以及系泊钢缆组成，其中锚桩埋在海床的泥沙中，锚链与FPSO单点连接。正是系泊锚腿的存在使得FPSO能够在限定的范围内以最小的阻力进行漂移和转动。

由于海洋环境恶劣，系泊锚腿需要承受较大的张力。为保证整个系泊系统的安全可靠，在系泊锚腿预铺设过程中，需要借助外力给每根系泊锚腿施加足够大的预张紧力，锚链入泥形成足够的反悬链线。

由于不同海域的环境、地质条件不同，为满足整个系泊系统的安全性，部分FPSO的系泊锚腿需要施加超过300吨的预张紧力，即本申请所述的大张力，目前尚无足够大马力的海洋石油工程船舶给系泊锚腿施加超过300吨的预张紧力，动员海外船舶成本较大，并且由于船舶给系泊锚腿施加的预张紧力受多方面因素的影响，工程船舶给系泊锚腿施加的力即通过拉力计读取的力如果等于系泊锚腿所需施加的预张紧力，会导致最终施加在系泊锚腿上的预张紧力达不到设计值或超过设计值的10%以上，如果最终施加在系泊锚腿上的预张紧力达不到设计值就无法形成正确的反悬链线，使系泊系统抵御风浪的能力下降，安全性降低；如果最终施加在系泊锚腿上的预张紧力超过设计值的110%以上，从经济方面考虑，作业船舶会消耗更多燃油，使成本提高，而且在完成锚链入泥段超过锚链最后一环，会导致无法连接钢缆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，通过一个主作业船及一个辅助拖轮串联进行作业，实现大张力系泊锚腿拖曳预张紧，并且考虑多因素对系泊锚腿预张紧力的影响，对施加到系泊锚腿预张紧力进行准确计算，从而保证施加到系泊锚腿上的预张紧力符合设计要求，既保证了系泊系统的安全性，又降低了成本，而且便于系泊锚腿与钢缆的连接。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其包括如下步骤：

S1：将FPSO的系泊锚腿通过工作链与第一卸扣连接，将主作业船绞车上的钢丝绳与第二卸扣连接，且第一卸扣与第二卸扣之间安装拉力计，将工作链卡装在主作业船上，将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船连接；

S2：辅助拖轮开始移船且辅助拖轮绞车同时逐步下放钢丝绳，直至辅助拖轮停在与主作业船达到安全距离且主作业船、辅助拖轮与FPSO的系泊锚腿在同一条直线上；

S3：辅助拖轮与主作业船交替作业并逐渐增大拉力，直至辅助拖轮的拉力达到预设拉力后辅助拖轮停止作业，主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力；

S4：拉力计实时将读数传输给数据处理模块，数据处理模块在拉力计读数的基础上综合考虑钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力以及系泊锚腿与海床的摩擦力、施工环境条件的影响力后，实时计算系泊锚腿实际产生的预张紧力，当计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值时，控制器控制主作业船停止作业，并保持设定时间后按照系泊锚腿的设计路由退船。

进一步，步骤S3中位置传感器实时监测系泊锚腿的位置，并将系泊锚腿的位置信息传输给数据处理模块，数据处理模块判断系泊锚腿的位置是否在设计路由内，若系泊锚腿的位置不在设计路由内则将信息传输给控制器，控制器控制主作业船及辅助拖轮停止作业，调整主作业船及辅助拖轮船艏方向，使主作业船、辅助拖轮及系泊锚腿在同一条直线上以后再进行下一步骤。

进一步，步骤S4中施工环境条件的影响力计算方法如下：

S41：通过水下机器人测量主作业船所在位置的水深；

S42：根据海洋气象预报获得浪高及波浪周期；

S43：测量作业时的水流速度；

S44：将主作业船所在位置的水深、浪高及波浪周期、作业时的水流速度输入到OrcaFlex模型中，得出施工环境条件的影响力。

进一步，步骤S4中按照式（1）计算系泊锚腿实际产生的预张紧力：

（1）；

其中：为系泊锚腿实际产生的实时预张紧力，/>为拉力计读数，/>为钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力，/>为系泊锚腿与海床的摩擦力，/>为施工环境条件的影响力。

进一步，按照如下方法将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船的拖航眼板连接：

S11：将端部安装有浮子的尼龙绳绕在主作业船船艏的倒缆锚机上；

S12：将尼龙绳安装有浮子的一端抛入海中；

S13：辅助拖轮拾起浮子，将尼龙绳提升至辅助拖轮甲板；

S14：将尼龙绳与辅助拖轮绞车钢丝绳连接；

S15：主作业船回收尼龙绳，将辅助拖轮绞车钢丝绳回收至主作业船船头；

S16：主作业船人员将辅助拖轮绞车钢丝绳连接至主作业船的拖航眼板上。

进一步，步骤S3中辅助拖轮与主作业船按照如下方法交替作业并逐渐增大拉力：

S31：辅助拖轮开始向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的30%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的30%后停止作业；

S32：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的60%停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的60%停止作业；

S33：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的90%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力，直至计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值主作业船停止作业。

优化的，拉力计的读取频率为每五分钟读取一次读数。

发明的有益效果：

本发明通过一个主作业船及一个辅助拖轮串联进行作业，实现了FPSO的大张力系泊锚腿拖曳预张紧，并且考虑了多因素对系泊锚腿预张紧力的影响，对施加到系泊锚腿的预张紧力进行实时准确计算，从而保证施加到系泊锚腿上的预张紧力符合设计要求，既保证了系泊系统的安全性，又降低了成本，且便于后期钢缆与锚链的连接。

附图说明

图1是本发明流程示意图。

图2是本发明拉力计安装示意图。

图中：1、工作链；2、第一卸扣；3、第二卸扣；4、拉力计；5、钢丝绳。

具体实施方式

一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，流程图如图1所示，具体包括如下步骤：

S1：将FPSO的系泊锚腿通过工作链1与第一卸扣2连接，将主作业船绞车上的钢丝绳5与第二卸扣3连接，且第一卸扣与第二卸扣之间安装有拉力计4，拉力计安装示意图如图2所示，然后将工作链卡装在主作业船船尾的鲨鱼钳上，将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船的拖航眼板连接；这样使辅助拖轮、主作业船与系泊锚腿形成串联结构，并且将工作链卡装在主作业船船尾的鲨鱼钳上，当进行预张紧时可以将鲨鱼钳打开，当不进行预张紧时可以用鲨鱼钳将工作链卡紧，不让工作链移动；

具体的将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船的拖航眼板连接时可以按照如下方法进行,方便顺利将辅助拖轮与主作业船串联：

S11：将端部安装有浮子的尼龙绳绕在主作业船船艏的倒缆锚机上，尼龙绳端部安装浮子，方便尼龙绳抛入海中以后快速拾到尼龙绳的端部；

S12：将尼龙绳安装有浮子的一端抛入海中；

S13：辅助拖轮拾起浮子，将尼龙绳提升至辅助拖轮甲板；

S14：将尼龙绳与辅助拖轮绞车钢丝绳连接；

S15：主作业船回收尼龙绳，将辅助拖轮绞车钢丝绳回收至主作业船船头；

S16：主作业船人员将辅助拖轮绞车钢丝绳连接至主作业船的拖航眼板上。

S2：辅助拖轮开始移船且辅助拖轮绞车同时逐步下放钢丝绳，直至辅助拖轮停在与主作业船达到安全距离且主作业船、辅助拖轮与FPSO的系泊锚腿在同一条直线上；

S3：辅助拖轮与主作业船交替作业并逐渐增大拉力，直至辅助拖轮的拉力达到预设拉力后辅助拖轮停止作业，主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力；

具体的辅助拖轮与主作业船可以按照如下方法进行交替作业：

S31：辅助拖轮开始向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的30%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的30%后停止作业；

S32：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的60%停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的60%停止作业；

S33：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的90%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力，直至计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值主作业船停止作业。

辅助拖轮及主作业船采取交替逐渐增大拉力的方法，便于观察辅助拖轮及主作业船的主机状态、系泊锚腿状态以及系泊锚腿与主作业船、辅助拖轮的相对位置，并随时观察系泊锚腿是否符合设计路由，如果发现偏差，可以随时调整船首方向。而在最后辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的90%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力，可以防止预张紧力超过设计值的110%以上，既有利于控制成本，又有力锚链与钢缆的连接；

并且在辅助拖轮与主作业船交替作业的过程中，位置传感器可以实时监测系泊锚腿的位置，并将系泊锚腿的位置信息传输给数据处理模块，数据处理模块判断系泊锚腿的位置是否在设计路由内，若系泊锚腿的位置不在设计路由内则将信息传输给控制器，控制器控制主作业船及辅助拖轮停止作业，调整主作业船及辅助拖轮船艏方向，使主作业船、辅助拖轮及系泊锚腿在同一条直线上以后再进行下一步骤，这样可以保证在施加预张紧力的整个过程中系泊锚腿始终在设计路由范围内。

S4：拉力计实时将读数传输给数据处理模块，数据处理模块在拉力计读数的基础上综合考虑钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力以及系泊锚腿与海床的摩擦力、施工环境条件的影响力后，实时计算系泊锚腿实际产生的预张紧力，当计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值时，控制器控制主作业船停止作业，并保持设定时间后按照系泊锚腿的设计路由退船,按照系泊锚腿的设计路由退船，是预张紧的逆过程，仍然要保证系泊锚腿的设计路由，拉力计的读取频率可以设定为每五分钟读取一次读数，以保证计算结果的准确性。

本发明提供的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，通过一个主作业船及一个辅助拖轮串联进行作业，实现了FPSO的大张力系泊锚腿拖曳预张紧，并且考虑了多因素对系泊锚腿预张紧力的影响，对施加到系泊锚腿预张紧力进行实时准确计算，从而保证施加到系泊锚腿上的预张紧力能够达到设计值，使系泊系统能够形成正确的反悬链线，保证系泊系统抵御风浪的能力，提高系泊系统的安全性能，同时也保证了施加到系泊锚腿上的预张紧力不会超过设计值的110%，能够很好的控制预张紧成本，而且不会在完成锚链入泥段钢缆超过锚链最后一环，导致锚链无法连接钢缆。

进一步，步骤S4中施工环境条件的影响力计算方法如下：

S41：通过水下机器人测量主作业船所在位置的水深；

S42：根据海洋气象预报获得浪高及波浪周期；

S43：测量作业时的水流速度；

S44：将主作业船所在位置的水深、浪高及波浪周期、作业时的水流速度输入到OrcaFlex模型中，得出施工环境条件的影响力。OrcaFlex模型是一种现有模拟海洋环境的模型，它可以通过环境参数的设置，方便的模拟出各种海上环境。

上述方法可以计算出施工环境条件的影响力，从而有助于准确实时计算系泊锚腿实际产生的预张紧力，防止最终系泊锚腿的预张紧力不符合设计要求。

进一步，步骤S4中按照式（1）计算系泊锚腿实际产生的预张紧力：

（1）；

其中：为系泊锚腿实际产生的实时预张紧力，/>为拉力计读数，/>为钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力，/>为系泊锚腿与海床的摩擦力，/>为施工环境条件的影响力。

综上所述，本发明提供一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，通过一个主作业船及一个辅助拖轮串联进行作业，实现了FPSO的大张力系泊锚腿拖曳预张紧，并且考虑了多因素对系泊锚腿预张紧力的影响，对施加到系泊锚腿的预张紧力进行实时准确计算，从而保证施加到系泊锚腿上的预张紧力符合设计要求，既保证了系泊系统的安全性，又降低了成本，且便于后期钢缆与锚链的连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将FPSO的系泊锚腿通过工作链与第一卸扣连接，将主作业船绞车上的钢丝绳与第二卸扣连接，且第一卸扣与第二卸扣之间安装拉力计，将工作链卡装在主作业船上，将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船连接；

S2：辅助拖轮开始移船且辅助拖轮绞车同时逐步下放钢丝绳，直至辅助拖轮停在与主作业船达到安全距离且主作业船、辅助拖轮与FPSO的系泊锚腿在同一条直线上；

S3：辅助拖轮与主作业船交替作业并逐渐增大拉力，直至辅助拖轮的拉力达到预设拉力后辅助拖轮停止作业，主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力；

辅助拖轮与主作业船按照如下方法交替作业并逐渐增大拉力：

S31：辅助拖轮开始向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的30%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的30%后停止作业；

S32：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的60%停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力至主作业船设计能力的60%停止作业；

S33：辅助拖轮继续向前移船并逐渐增大拉力至辅助拖轮设计能力的90%后停止作业，然后主作业船开始向前移船并逐渐增大拉力，直至计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值主作业船停止作业；

S4：拉力计实时将读数传输给数据处理模块，数据处理模块在拉力计读数的基础上综合考虑钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力以及系泊锚腿与海床的摩擦力、施工环境条件的影响力后，实时计算系泊锚腿实际产生的预张紧力，当计算的系泊锚腿实际产生的预张紧力达到设计值时，控制器控制主作业船停止作业，并保持设定时间后按照系泊锚腿的设计路由退船。

2.根据权利要求1所述的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：步骤S3中位置传感器实时监测系泊锚腿的位置，并将系泊锚腿的位置信息传输给数据处理模块，数据处理模块判断系泊锚腿的位置是否在设计路由内，若系泊锚腿的位置不在设计路由内则将信息传输给控制器，控制器控制主作业船及辅助拖轮停止作业，调整主作业船及辅助拖轮船艏方向，使主作业船、辅助拖轮及系泊锚腿在同一条直线上以后再进行下一步骤。

3.根据权利要求1所述的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：步骤S4中施工环境条件的影响力计算方法如下：

S41：通过水下机器人测量主作业船所在位置的水深；

S42：根据海洋气象预报获得浪高及波浪周期；

S43：测量作业时的水流速度；

S44：将主作业船所在位置的水深、浪高及波浪周期、作业时的水流速度输入到OrcaFlex模型中，得出施工环境条件的影响力。

4.根据权利要求3所述的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：步骤S4中按照式（1）计算系泊锚腿实际产生的预张紧力：

（1）；

其中：为系泊锚腿实际产生的实时预张紧力，/>为拉力计读数，/>为钢丝绳、系泊锚腿及工作链的总重力，/>为系泊锚腿与海床的摩擦力，/>为施工环境条件的影响力。

5.根据权利要求1所述的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：按照如下方法将辅助拖轮绞车上的钢丝绳与主作业船连接：

S11：将端部安装有浮子的尼龙绳绕在主作业船船艏的倒缆锚机上；

S12：将尼龙绳安装有浮子的一端抛入海中；

S13：辅助拖轮拾起浮子，将尼龙绳提升至辅助拖轮甲板；

S14：将尼龙绳与辅助拖轮绞车钢丝绳连接；

S15：主作业船回收尼龙绳，将辅助拖轮绞车钢丝绳回收至主作业船船头；

S16：主作业船人员将辅助拖轮绞车钢丝绳连接至主作业船的拖航眼板上。

6.根据权利要求1所述的一种大张力系泊锚腿拖曳预张紧方法，其特征在于：拉力计的读取频率为每五分钟读取一次读数。