半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力分析

劉劍濤

摘 要：半潛式鉆井平臺(tái)是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，主要依靠錨泊系統(tǒng)將船定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供分析依據(jù)，同時(shí)對(duì)錨系留力的分析方法應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：半潛式 鉆井平臺(tái) 錨 錨系留力

中圖分類(lèi)號(hào)：TE42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0060-03

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(tái)，是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。是大部分浮體沒(méi)于水面下的一種小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，是從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)的。其結(jié)構(gòu)與坐底式平臺(tái)相似，同樣具有沉墊可以沉降或升起，在淺水區(qū)沉墊可以坐落于海底，當(dāng)坐底式平臺(tái)使用；漂浮作業(yè)時(shí)下殼體或沉箱潛入水中，部分立柱露出海面，為半潛狀態(tài)。半潛式鉆井平臺(tái)主要依靠錨泊系統(tǒng)將平臺(tái)定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。錨泊系統(tǒng)主要包括錨、錨纜和錨鏈。半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)前，先要進(jìn)行井場(chǎng)調(diào)查，包括工程地質(zhì)調(diào)查和工程物探調(diào)查，具體調(diào)查項(xiàng)目有重力取樣、水深、地貌、中淺地層剖面、磁力調(diào)查、高分辨率數(shù)字地震調(diào)查等。根據(jù)調(diào)查結(jié)果和錨泊資料進(jìn)行錨系留力的分析計(jì)算，以對(duì)作業(yè)可行性和安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 錨的分類(lèi)

錨的種類(lèi)可以分以下幾種類(lèi)型[1]：（1）有桿錨：具有橫桿的錨為有桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是一個(gè)錨爪嚙入土中，當(dāng)錨在海底拖曳時(shí)，橫桿能阻止錨爪傾翻，起穩(wěn)定作用（見(jiàn)圖1）。（2）無(wú)桿錨：沒(méi)有橫桿，錨爪可以轉(zhuǎn)動(dòng)的兩爪錨為無(wú)桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是，在工作中兩個(gè)爪同時(shí)嚙入土中，穩(wěn)定性好，對(duì)各種土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，收藏方便（見(jiàn)圖2）。（3）大抓力錨：大抓力錨實(shí)際上是一種有桿轉(zhuǎn)爪錨，因其具有很大的抓重比，故稱(chēng)為大抓力錨。這類(lèi)錨的特點(diǎn)是，錨爪的嚙土面積大，抓持的底質(zhì)深而多，抓力大，但是錨爪易拉壞，收藏不方便（見(jiàn)圖3）。（4）特種錨：特種錨的形狀與用途與普通錨均不同。主要是指供浮筒、囤船、浮船塢等使用的永久性系泊錨；破冰船上所用的冰錨及帆船和小艇上用的浮錨等。

半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)采用的錨一般均為拖曳錨，且基本都是大抓力錨。早期用的較多的有丹福爾錨、輕量型（LWT）錨等等。隨著海洋工程的發(fā)展，新型的抓力更大的錨不斷出現(xiàn)，諸如闊鰭型德?tīng)柼‵LIPPER DELTA）錨、布魯斯FFTTS（BRUCE FFTS）錨、史蒂芙帕瑞斯（STEVPRIS）系列錨等等[3]。這些錨的抓重比較普通大抓力錨更大，這對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)是非常有利的。圖4為目前半潛式鉆井平臺(tái)常用的大抓力錨形式。

2 錨系留力分析

錨系留力由錨抓力和錨鏈與海底的摩擦力組成。

錨的抓力，除錨的本身原因，如錨重、錨型之外，客觀上主要決定于海底的土質(zhì)狀況，一般而言，軟硬適度的砂質(zhì)和泥質(zhì)海底抓力較好，泥砂混合次之，硬質(zhì)海底較差，巖石海底不宜拋錨。錨點(diǎn)的海底地形以平坦為好，若坡度較陡（等深線較密）將影響錨的抓力，容易出現(xiàn)走錨。在砂質(zhì)海底中，錨越重則抓力越大，在泥質(zhì)海底中，錨爪面積越大則抓力越大。錨的抓力還與錨的入泥深度、錨爪角度等有關(guān)。

錨鏈與海底的摩擦力與海底土質(zhì)、錨鏈的長(zhǎng)度、錨鏈的單位重量等有關(guān)。

2.1 錨抓力計(jì)算

通常采用以下方法計(jì)算半潛式鉆井平臺(tái)錨的抓力。

（1）采用Cole和Beck（1964）建議的方法計(jì)算短錨抓力。

式中：F為錨抓力，噸；

W為錨重，噸；

C1為取決于錨型和土質(zhì)條件的系數(shù)，無(wú)量綱；

b為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，無(wú)量綱。

（2）采用錨抓力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算：

其中：F為錨抓力，噸；

λa為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱；

Wa為錨重，噸。

海底底質(zhì)與錨抓力系數(shù)的關(guān)系為：砂>泥>砂礫>軟泥。

（3）對(duì)于常用的Stevpris Mk/5/6等錨型，可以根據(jù)下面公式計(jì)算或根據(jù)圖5～6查詢(xún)：

其中：F為錨抓力，噸；

A為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱，與錨型、海底底質(zhì)、錨爪/錨桿夾角等有關(guān)；

W為錨重，噸。

2.2 錨鏈與海底的摩擦力

錨鏈與海底的摩擦力可由以下公式計(jì)算：

其中：Fc為錨鏈與海底的摩擦力，噸；

Wc為錨鏈每米在水中的重量（噸/m）；

f為錨鏈與海底的摩擦系數(shù)，無(wú)量綱；

L為錨鏈臥底部分的長(zhǎng)度，m。

3 實(shí)例分析

南海某井場(chǎng)，根據(jù)重力取樣結(jié)果（在每個(gè)錨點(diǎn)布置1個(gè)重力樣[2]，如圖7），海底表層沉積物（海底以下0～5 m）主要為非常軟到軟的淺黃灰色到灰色粉質(zhì)粘土含較多粉質(zhì)細(xì)砂，在井場(chǎng)調(diào)查范圍分布比較均勻。不排水抗剪強(qiáng)度為6～12 kPa；水下容重為5～6 kN/m3；含水量為50%～70%。

該井場(chǎng)采用半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)，錨泊資料如下。

錨型：Stevpris MK5；

錨重：15 t；

各錨最大出鏈長(zhǎng)度：70 m（90 mm錨鏈）+550 m（84 mm錨鏈）+1850 m（錨纜）；

90 mm錨鏈量：0.178 t/m；

84 mm錨鏈重：0.155 t/m。

根據(jù)上述錨的抓力計(jì)算方法（3種）及錨鏈摩擦力計(jì)算方法得出本井場(chǎng)的錨系留力為：

錨系留力=錨的抓力+錨鏈的摩擦力

=（206.1/188.2/220.4）+54.7=260.8/242.9/275.1 t

即本井場(chǎng)錨系留力取值為240～275 t。

該井場(chǎng)拋錨作業(yè)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)拉力測(cè)試為295 t，與分析結(jié)果較為吻合，分析結(jié)果略偏于保守和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供了分析依據(jù)。另外，在進(jìn)行半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力分析時(shí)，首先要根據(jù)井場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，判定海底底質(zhì)類(lèi)型，再選擇合適的計(jì)算分析方法，對(duì)錨的抓力和錨鏈與海底摩擦力分別進(jìn)行計(jì)算。在應(yīng)用計(jì)算分析結(jié)果時(shí)，還應(yīng)該參考海底地形地貌調(diào)查結(jié)果，了解海底的平整度，是否有硬質(zhì)海底、陡坡、淺層氣、斷層、滑坡等災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，以免影響鉆井平臺(tái)作業(yè)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 向陽(yáng)，唐寒秋.船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備[M].人民交通出版社，2009.

Xiang Yang，Tang H Q.Ship Structure and Equipment[M].China Communications Press，2009.

[2] 潘方豪.深水半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2006.

Pan Fang Hao. The Analysis of the Mooring Positioning System of Deep Sea Semi-Submersible Drilling Platform[D].Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2006

[3] 葉邦全.海洋工程用錨類(lèi)型及其發(fā)展綜述[J].船舶與海洋工程，2012（3）：1-7.

Ye Bang Quan.Review of Ocean Engineering Anchor Type and Development[J].Naval Architecture and Ocean Engineering，2012（3）：1-7.endprint

摘 要：半潛式鉆井平臺(tái)是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，主要依靠錨泊系統(tǒng)將船定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供分析依據(jù)，同時(shí)對(duì)錨系留力的分析方法應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：半潛式 鉆井平臺(tái) 錨 錨系留力

中圖分類(lèi)號(hào)：TE42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0060-03

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(tái)，是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。是大部分浮體沒(méi)于水面下的一種小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，是從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)的。其結(jié)構(gòu)與坐底式平臺(tái)相似，同樣具有沉墊可以沉降或升起，在淺水區(qū)沉墊可以坐落于海底，當(dāng)坐底式平臺(tái)使用；漂浮作業(yè)時(shí)下殼體或沉箱潛入水中，部分立柱露出海面，為半潛狀態(tài)。半潛式鉆井平臺(tái)主要依靠錨泊系統(tǒng)將平臺(tái)定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。錨泊系統(tǒng)主要包括錨、錨纜和錨鏈。半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)前，先要進(jìn)行井場(chǎng)調(diào)查，包括工程地質(zhì)調(diào)查和工程物探調(diào)查，具體調(diào)查項(xiàng)目有重力取樣、水深、地貌、中淺地層剖面、磁力調(diào)查、高分辨率數(shù)字地震調(diào)查等。根據(jù)調(diào)查結(jié)果和錨泊資料進(jìn)行錨系留力的分析計(jì)算，以對(duì)作業(yè)可行性和安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 錨的分類(lèi)

錨的種類(lèi)可以分以下幾種類(lèi)型[1]：（1）有桿錨：具有橫桿的錨為有桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是一個(gè)錨爪嚙入土中，當(dāng)錨在海底拖曳時(shí)，橫桿能阻止錨爪傾翻，起穩(wěn)定作用（見(jiàn)圖1）。（2）無(wú)桿錨：沒(méi)有橫桿，錨爪可以轉(zhuǎn)動(dòng)的兩爪錨為無(wú)桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是，在工作中兩個(gè)爪同時(shí)嚙入土中，穩(wěn)定性好，對(duì)各種土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，收藏方便（見(jiàn)圖2）。（3）大抓力錨：大抓力錨實(shí)際上是一種有桿轉(zhuǎn)爪錨，因其具有很大的抓重比，故稱(chēng)為大抓力錨。這類(lèi)錨的特點(diǎn)是，錨爪的嚙土面積大，抓持的底質(zhì)深而多，抓力大，但是錨爪易拉壞，收藏不方便（見(jiàn)圖3）。（4）特種錨：特種錨的形狀與用途與普通錨均不同。主要是指供浮筒、囤船、浮船塢等使用的永久性系泊錨；破冰船上所用的冰錨及帆船和小艇上用的浮錨等。

半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)采用的錨一般均為拖曳錨，且基本都是大抓力錨。早期用的較多的有丹福爾錨、輕量型（LWT）錨等等。隨著海洋工程的發(fā)展，新型的抓力更大的錨不斷出現(xiàn)，諸如闊鰭型德?tīng)柼‵LIPPER DELTA）錨、布魯斯FFTTS（BRUCE FFTS）錨、史蒂芙帕瑞斯（STEVPRIS）系列錨等等[3]。這些錨的抓重比較普通大抓力錨更大，這對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)是非常有利的。圖4為目前半潛式鉆井平臺(tái)常用的大抓力錨形式。

2 錨系留力分析

錨系留力由錨抓力和錨鏈與海底的摩擦力組成。

錨的抓力，除錨的本身原因，如錨重、錨型之外，客觀上主要決定于海底的土質(zhì)狀況，一般而言，軟硬適度的砂質(zhì)和泥質(zhì)海底抓力較好，泥砂混合次之，硬質(zhì)海底較差，巖石海底不宜拋錨。錨點(diǎn)的海底地形以平坦為好，若坡度較陡（等深線較密）將影響錨的抓力，容易出現(xiàn)走錨。在砂質(zhì)海底中，錨越重則抓力越大，在泥質(zhì)海底中，錨爪面積越大則抓力越大。錨的抓力還與錨的入泥深度、錨爪角度等有關(guān)。

錨鏈與海底的摩擦力與海底土質(zhì)、錨鏈的長(zhǎng)度、錨鏈的單位重量等有關(guān)。

2.1 錨抓力計(jì)算

通常采用以下方法計(jì)算半潛式鉆井平臺(tái)錨的抓力。

（1）采用Cole和Beck（1964）建議的方法計(jì)算短錨抓力。

式中：F為錨抓力，噸；

W為錨重，噸；

C1為取決于錨型和土質(zhì)條件的系數(shù)，無(wú)量綱；

b為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，無(wú)量綱。

（2）采用錨抓力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算：

其中：F為錨抓力，噸；

λa為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱；

Wa為錨重，噸。

海底底質(zhì)與錨抓力系數(shù)的關(guān)系為：砂>泥>砂礫>軟泥。

（3）對(duì)于常用的Stevpris Mk/5/6等錨型，可以根據(jù)下面公式計(jì)算或根據(jù)圖5～6查詢(xún)：

其中：F為錨抓力，噸；

A為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱，與錨型、海底底質(zhì)、錨爪/錨桿夾角等有關(guān)；

W為錨重，噸。

2.2 錨鏈與海底的摩擦力

錨鏈與海底的摩擦力可由以下公式計(jì)算：

其中：Fc為錨鏈與海底的摩擦力，噸；

Wc為錨鏈每米在水中的重量（噸/m）；

f為錨鏈與海底的摩擦系數(shù)，無(wú)量綱；

L為錨鏈臥底部分的長(zhǎng)度，m。

3 實(shí)例分析

南海某井場(chǎng)，根據(jù)重力取樣結(jié)果（在每個(gè)錨點(diǎn)布置1個(gè)重力樣[2]，如圖7），海底表層沉積物（海底以下0～5 m）主要為非常軟到軟的淺黃灰色到灰色粉質(zhì)粘土含較多粉質(zhì)細(xì)砂，在井場(chǎng)調(diào)查范圍分布比較均勻。不排水抗剪強(qiáng)度為6～12 kPa；水下容重為5～6 kN/m3；含水量為50%～70%。

該井場(chǎng)采用半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)，錨泊資料如下。

錨型：Stevpris MK5；

錨重：15 t；

各錨最大出鏈長(zhǎng)度：70 m（90 mm錨鏈）+550 m（84 mm錨鏈）+1850 m（錨纜）；

90 mm錨鏈量：0.178 t/m；

84 mm錨鏈重：0.155 t/m。

根據(jù)上述錨的抓力計(jì)算方法（3種）及錨鏈摩擦力計(jì)算方法得出本井場(chǎng)的錨系留力為：

錨系留力=錨的抓力+錨鏈的摩擦力

=（206.1/188.2/220.4）+54.7=260.8/242.9/275.1 t

即本井場(chǎng)錨系留力取值為240～275 t。

該井場(chǎng)拋錨作業(yè)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)拉力測(cè)試為295 t，與分析結(jié)果較為吻合，分析結(jié)果略偏于保守和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供了分析依據(jù)。另外，在進(jìn)行半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力分析時(shí)，首先要根據(jù)井場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，判定海底底質(zhì)類(lèi)型，再選擇合適的計(jì)算分析方法，對(duì)錨的抓力和錨鏈與海底摩擦力分別進(jìn)行計(jì)算。在應(yīng)用計(jì)算分析結(jié)果時(shí)，還應(yīng)該參考海底地形地貌調(diào)查結(jié)果，了解海底的平整度，是否有硬質(zhì)海底、陡坡、淺層氣、斷層、滑坡等災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，以免影響鉆井平臺(tái)作業(yè)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 向陽(yáng)，唐寒秋.船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備[M].人民交通出版社，2009.

Xiang Yang，Tang H Q.Ship Structure and Equipment[M].China Communications Press，2009.

[2] 潘方豪.深水半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2006.

Pan Fang Hao. The Analysis of the Mooring Positioning System of Deep Sea Semi-Submersible Drilling Platform[D].Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2006

[3] 葉邦全.海洋工程用錨類(lèi)型及其發(fā)展綜述[J].船舶與海洋工程，2012（3）：1-7.

Ye Bang Quan.Review of Ocean Engineering Anchor Type and Development[J].Naval Architecture and Ocean Engineering，2012（3）：1-7.endprint

摘 要：半潛式鉆井平臺(tái)是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，主要依靠錨泊系統(tǒng)將船定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供分析依據(jù)，同時(shí)對(duì)錨系留力的分析方法應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：半潛式 鉆井平臺(tái) 錨 錨系留力

中圖分類(lèi)號(hào)：TE42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0060-03

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(tái)，是一種常用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。是大部分浮體沒(méi)于水面下的一種小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，是從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)的。其結(jié)構(gòu)與坐底式平臺(tái)相似，同樣具有沉墊可以沉降或升起，在淺水區(qū)沉墊可以坐落于海底，當(dāng)坐底式平臺(tái)使用；漂浮作業(yè)時(shí)下殼體或沉箱潛入水中，部分立柱露出海面，為半潛狀態(tài)。半潛式鉆井平臺(tái)主要依靠錨泊系統(tǒng)將平臺(tái)定位在海面進(jìn)行鉆井作業(yè)。錨泊系統(tǒng)主要包括錨、錨纜和錨鏈。半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)前，先要進(jìn)行井場(chǎng)調(diào)查，包括工程地質(zhì)調(diào)查和工程物探調(diào)查，具體調(diào)查項(xiàng)目有重力取樣、水深、地貌、中淺地層剖面、磁力調(diào)查、高分辨率數(shù)字地震調(diào)查等。根據(jù)調(diào)查結(jié)果和錨泊資料進(jìn)行錨系留力的分析計(jì)算，以對(duì)作業(yè)可行性和安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 錨的分類(lèi)

錨的種類(lèi)可以分以下幾種類(lèi)型[1]：（1）有桿錨：具有橫桿的錨為有桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是一個(gè)錨爪嚙入土中，當(dāng)錨在海底拖曳時(shí)，橫桿能阻止錨爪傾翻，起穩(wěn)定作用（見(jiàn)圖1）。（2）無(wú)桿錨：沒(méi)有橫桿，錨爪可以轉(zhuǎn)動(dòng)的兩爪錨為無(wú)桿錨。該類(lèi)錨的特點(diǎn)是，在工作中兩個(gè)爪同時(shí)嚙入土中，穩(wěn)定性好，對(duì)各種土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，收藏方便（見(jiàn)圖2）。（3）大抓力錨：大抓力錨實(shí)際上是一種有桿轉(zhuǎn)爪錨，因其具有很大的抓重比，故稱(chēng)為大抓力錨。這類(lèi)錨的特點(diǎn)是，錨爪的嚙土面積大，抓持的底質(zhì)深而多，抓力大，但是錨爪易拉壞，收藏不方便（見(jiàn)圖3）。（4）特種錨：特種錨的形狀與用途與普通錨均不同。主要是指供浮筒、囤船、浮船塢等使用的永久性系泊錨；破冰船上所用的冰錨及帆船和小艇上用的浮錨等。

半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)采用的錨一般均為拖曳錨，且基本都是大抓力錨。早期用的較多的有丹福爾錨、輕量型（LWT）錨等等。隨著海洋工程的發(fā)展，新型的抓力更大的錨不斷出現(xiàn)，諸如闊鰭型德?tīng)柼‵LIPPER DELTA）錨、布魯斯FFTTS（BRUCE FFTS）錨、史蒂芙帕瑞斯（STEVPRIS）系列錨等等[3]。這些錨的抓重比較普通大抓力錨更大，這對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)是非常有利的。圖4為目前半潛式鉆井平臺(tái)常用的大抓力錨形式。

2 錨系留力分析

錨系留力由錨抓力和錨鏈與海底的摩擦力組成。

錨的抓力，除錨的本身原因，如錨重、錨型之外，客觀上主要決定于海底的土質(zhì)狀況，一般而言，軟硬適度的砂質(zhì)和泥質(zhì)海底抓力較好，泥砂混合次之，硬質(zhì)海底較差，巖石海底不宜拋錨。錨點(diǎn)的海底地形以平坦為好，若坡度較陡（等深線較密）將影響錨的抓力，容易出現(xiàn)走錨。在砂質(zhì)海底中，錨越重則抓力越大，在泥質(zhì)海底中，錨爪面積越大則抓力越大。錨的抓力還與錨的入泥深度、錨爪角度等有關(guān)。

錨鏈與海底的摩擦力與海底土質(zhì)、錨鏈的長(zhǎng)度、錨鏈的單位重量等有關(guān)。

2.1 錨抓力計(jì)算

通常采用以下方法計(jì)算半潛式鉆井平臺(tái)錨的抓力。

（1）采用Cole和Beck（1964）建議的方法計(jì)算短錨抓力。

式中：F為錨抓力，噸；

W為錨重，噸；

C1為取決于錨型和土質(zhì)條件的系數(shù)，無(wú)量綱；

b為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，無(wú)量綱。

（2）采用錨抓力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算：

其中：F為錨抓力，噸；

λa為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱；

Wa為錨重，噸。

海底底質(zhì)與錨抓力系數(shù)的關(guān)系為：砂>泥>砂礫>軟泥。

（3）對(duì)于常用的Stevpris Mk/5/6等錨型，可以根據(jù)下面公式計(jì)算或根據(jù)圖5～6查詢(xún)：

其中：F為錨抓力，噸；

A為錨抓力系數(shù)，無(wú)量綱，與錨型、海底底質(zhì)、錨爪/錨桿夾角等有關(guān)；

W為錨重，噸。

2.2 錨鏈與海底的摩擦力

錨鏈與海底的摩擦力可由以下公式計(jì)算：

其中：Fc為錨鏈與海底的摩擦力，噸；

Wc為錨鏈每米在水中的重量（噸/m）；

f為錨鏈與海底的摩擦系數(shù)，無(wú)量綱；

L為錨鏈臥底部分的長(zhǎng)度，m。

3 實(shí)例分析

南海某井場(chǎng)，根據(jù)重力取樣結(jié)果（在每個(gè)錨點(diǎn)布置1個(gè)重力樣[2]，如圖7），海底表層沉積物（海底以下0～5 m）主要為非常軟到軟的淺黃灰色到灰色粉質(zhì)粘土含較多粉質(zhì)細(xì)砂，在井場(chǎng)調(diào)查范圍分布比較均勻。不排水抗剪強(qiáng)度為6～12 kPa；水下容重為5～6 kN/m3；含水量為50%～70%。

該井場(chǎng)采用半潛式鉆井平臺(tái)作業(yè)，錨泊資料如下。

錨型：Stevpris MK5；

錨重：15 t；

各錨最大出鏈長(zhǎng)度：70 m（90 mm錨鏈）+550 m（84 mm錨鏈）+1850 m（錨纜）；

90 mm錨鏈量：0.178 t/m；

84 mm錨鏈重：0.155 t/m。

根據(jù)上述錨的抓力計(jì)算方法（3種）及錨鏈摩擦力計(jì)算方法得出本井場(chǎng)的錨系留力為：

錨系留力=錨的抓力+錨鏈的摩擦力

=（206.1/188.2/220.4）+54.7=260.8/242.9/275.1 t

即本井場(chǎng)錨系留力取值為240～275 t。

該井場(chǎng)拋錨作業(yè)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)拉力測(cè)試為295 t，與分析結(jié)果較為吻合，分析結(jié)果略偏于保守和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了錨的分類(lèi)、半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力的分析方法，并通過(guò)實(shí)例分析進(jìn)行了驗(yàn)證，為半潛式鉆井平臺(tái)海上作業(yè)的安全穩(wěn)定提供了分析依據(jù)。另外，在進(jìn)行半潛式鉆井平臺(tái)錨系留力分析時(shí)，首先要根據(jù)井場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，判定海底底質(zhì)類(lèi)型，再選擇合適的計(jì)算分析方法，對(duì)錨的抓力和錨鏈與海底摩擦力分別進(jìn)行計(jì)算。在應(yīng)用計(jì)算分析結(jié)果時(shí)，還應(yīng)該參考海底地形地貌調(diào)查結(jié)果，了解海底的平整度，是否有硬質(zhì)海底、陡坡、淺層氣、斷層、滑坡等災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，以免影響鉆井平臺(tái)作業(yè)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 向陽(yáng)，唐寒秋.船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備[M].人民交通出版社，2009.

Xiang Yang，Tang H Q.Ship Structure and Equipment[M].China Communications Press，2009.

[2] 潘方豪.深水半潛式鉆井平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2006.

Pan Fang Hao. The Analysis of the Mooring Positioning System of Deep Sea Semi-Submersible Drilling Platform[D].Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2006

[3] 葉邦全.海洋工程用錨類(lèi)型及其發(fā)展綜述[J].船舶與海洋工程，2012（3）：1-7.

Ye Bang Quan.Review of Ocean Engineering Anchor Type and Development[J].Naval Architecture and Ocean Engineering，2012（3）：1-7.endprint