水下油氣設備三維重心測量研究

呂英創 孫繁榮 任廣新 郝高正 湯凱音 王路

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300452）

1 引言

海上工況惡劣，風險巨大。海上安裝作業稍有不慎，會造成極大損失，帶來嚴重后果。設備實際重心對海上安裝具有指導意義，因此實際重心測量具有重要意義。《稱重原理——力矩平衡和靜不定原理》對重心測量理論進行了闡述1。以往工程項目水下管線終端（pipeline end of termination，簡稱PLET）只測量二維重心。《海洋石油鉆井平臺的稱重》中描述了二維重心測量2。三維重心在航空等研究應用較多，《飛機重量及重心測量系統的應用及發展》和《飛機重量重心測量技術現狀與發展趨勢》對飛機重心測量進行了描述3,4，“In-Flight Estimation of Center of Gravity Position Using All-Accelerometers”描述了航空估測重心位置的方法5，“Simultaneous measurement of body center of pressure and center of gravity during upright stance. Part I”描述了直立時重心和壓力中心測量方法6，在水下PLET尚未發現相關研究應用。南海某項目要求對水下剛懸鏈立管PLET進行三維重心測量。基于此種現狀，開展水下PLET三維重心測量研究應用。

2 三維重心測量研究

以往海洋工程項目二維重心測量（如平臺、組塊、水下管匯、水下PLET等）通常采用力矩平衡（當物體處于平衡狀態時，力對同一軸矩之和為零。）。這些設備底面一般處于平面內，將其底面三點或四點放置于同一水平面三個或四個load cell上進行重心測量。對于4點重心測量，通常將設備簡化為剛體，不考慮形變，二維重心測量模型如圖1，其中load cell1～load cell4讀數分別為m1～m4設備總重記為G。

圖1 二維重心模型

二維重心公式推導如下：

依據力對軸矩平衡得出公式（1）和（2）。

其中g為重力加速度。……