內轉塔式單點系泊系統調整鏈測量切割技術

李龍祥,李剛,馮麗梅

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000；2.中海油研究總院有限責任公司,北京 100028)

隨著海洋油氣開發逐漸向深海、遠海發展，對于周邊缺少管網依托的海域，FPSO成為全海式開發油氣田的重要設施[1-2]。FPSO在海上運營期間需要采用單點系泊系統長期系泊于油田附近某一固定的海域，同時可抵抗極端臺風的環境荷載，使FPSO具有“風向標”效應總是處于合外力最小的位置[3-4]。南海以往FPSO采用的切割計算方法，更適用于淺水系泊系統；而對于深水系泊系統的適用性存在一定不足。通過對南海3艘不同水深FPSO(HYSY111、HYSY118、HYSY119)單點系泊系統的調整鏈切割計算和測量方法進行對比分析，提出更精確可靠的計算和操作方法。

1 調整鏈的切割必要性

系泊系統的剛度過高將使錨腿所受荷載過大；剛度過低則將使單點中心偏移過大。因此，系泊系統的剛度需確保FPSO的偏移和錨腿荷載均處在合理、可接受的范圍內，同時確保錨腿、立管、電纜之間不發生相互干涉[5]。

系泊系統由多條錨腿組成，錨鏈和鋼纜的完工長度偏差、錨樁安裝位置偏差、錨鏈單位長度重量偏差等，都將導致錨腿實際長度與理論設計存在一定偏差，進而導致系泊系統的限位性能不能滿足設計要求。因此，需在安裝時通過計算分析切去多余長度，以確保系泊系統的性能。

錨腿各構件在制造及安裝過程存在的公差可分為確定性和不確定性2種。確定性的公差可測，不確定性的公差不可測，各類公差見表1。

表1 系泊系統公差分類

2 錨腿切割長度計算方法

HYSY111和HYSY118單點系泊系統為水下浮筒型，HYSY119為船體集成型，3個系泊系統錨腿均由錨鏈和鋼纜組成，見表2。

表2 HYSY111、HYSY118、HYSY119的錨腿組成

2.1 調整鏈末端測量法

HYSY111調整鏈切割計算以調整鏈末端至單點中心的水平距離作為控制因素。見圖1，調整鏈完成預張緊后，測出調整鏈末端至單點中心的距離，計算的調整鏈末端鏈環到單點中心的距離計算調整鏈切割長度，最終保證錨腿著泥點在設計的圓周上。

圖1 調整鏈末端測量法示意

Lcut=D-S

(1)

式中：Lcut為調整鏈切割長度；D為調整鏈末端至單點中心位置的距離；S為理論計算的調整鏈末端鏈環到單點中心的距離。

2.2 錨樁距離法

HYSY118調整鏈切割計算基于錨樁坐標與姿態、錨樁處的土壤參數、錨腿構件完工長度、模型中計算公差等計算調整鏈切割長度，錨腿切割后總公差小于±1.5 m。見圖2,需測量錨樁坐標、姿態；錨樁至單點中心的距離。

圖2 錨樁距離法示意

Lcut=δc-δp-δt-δe-δa

(2)

式中：Lcut為調整鏈切割長度；δc為錨腿各構件實際與設計長度的差值；δp為錨樁實際位置與設計位置偏差；δt為錨樁傾斜引起錨腿水平長度的偏差；δe為極端工況與張緊工況下反懸鏈線理論計算差值；δa為錨腿實際長度與設計長度的差值。

2.3 調整鏈多點測量法

HYSY119錨腿切割長度計算,認定頂部預張力與設計值相同，根據安裝后的確定性公差和不確定性公差，通過數值模擬計算切割長度。此方法著重于鋪設過程控制，通過多次測量點校核，確保切割鏈環數精準度。該方法采取兩步切割：調整鏈切割和頂部鏈切割。

2.3.1 調整鏈切割計算

錨腿預張緊后，選取調整鏈上的3個點進行測量，位置見圖3。

圖3 調整鏈上測量點位置示意

基于圖示3點與錨樁及各自間存在的可能公差,計算3點位置的包絡區域。

1)A點位于錨鏈入泥點附近，用于校核海床埋藏段在預張緊之后鏈環是否已拉直、檢查土壤強度的不確定性。

2)B點距調整鏈末端約100 m處，其實際測量坐標作為調整鏈切割長度計算輸入。

3)C點距調整鏈末端約50 m處，其實際測量坐標用于調整鏈切割長度計算輸入。

基于B點和C點的測量坐標分別計算調整鏈的切割長度并對比，若結果相同則切割。若結果不同，則以切割長度較短的結果進行切割。

2.3.2 頂部鏈切割計算

調整鏈切割完成后，根據調整鏈切割后各條錨腿的不確定性公差分布,進行敏感性分析，確定頂部鏈切割長度。

3 調整鏈切割后分析

錨腿不確定性公差均為正公差，將增加錨腿實際長度，使單點中心的實際偏移增大。若錨腿長度設計冗余小，調整鏈計算切割時不確定性公差已超過設計冗余時，則需對不確定性公差進行敏感性分析。HYSY119每條錨腿考慮了2 m設計冗余以補償錨腿安裝后有效長度的偏差，也是為了確保單點中心偏移量符合設計要求。其設計冗余被不確定性公差抵消后，單點中心偏移的UC值為0.999,見表3。

表3 HYSY119單點中心的設計偏移

HYSY119錨系不確定性公差見表4，總不確定性公差為+3.785 m，遠超設計冗余2 m，則單點中心偏移不滿足設計要求。因此，需根據調整鏈切割后的測量數據進行敏感分析，確定頂部鏈切割長度，進行切割調整。

4 錨腿切割長度計算方法對比分析

3種方法所考慮的公差對比見表5。

表4 HYSY119錨系不確定性公差

表5 3種切割方案考慮的因素

調整鏈末端測量法未考慮土壤特性的不確定性影響；錨樁距離法考慮了理論計算的反懸鏈線長度差異，未考慮土壤特性差異及海床地形影響；調整鏈多點測量法，對土壤特性的不確定性進行校核，并通過敏感性分析確定不確定性公差影響，微調頂部鏈的長度。

歸納3種切割測量方法，對比控制因素，見表6。

表6 3種計算方法對比

5 結論

1)調整鏈末端測量法和錨樁距離法未考慮不確定性公差的影響，需考慮較大的設計冗余。其適應于管纜懸掛較少、水深淺的單點系泊系統。

2)調整鏈多點測量法綜合考慮了不確定性公差，調整鏈和頂部鏈的兩次計算切割，適用于深水、懸掛管纜多且對于單點中心偏移要求嚴格的單點系泊系統。

3)錨腿長度設計時應考慮一定量的冗余，以補償安裝公差。

4)深水系泊系統設計時錨腿頂部應優先考慮采用錨鏈，以便進行二次切割。