[發明專利]深水懸鏈線系泊纜的結構設計優化方法

有效

• 申請號: 201310188897.0
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103295078A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 趙晶瑞;謝彬;王俊榮;喻西崇;馮瑋;王世圣
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種系泊纜的結構設計方法，具體涉及一種針對“錨鏈-鋼纜-錨鏈”三段組合式深水懸鏈線系泊纜的結構設計優化方法，屬于深水海洋工程領域。

背景技術

深水浮式平臺長期定位于海上，其能否實現成功定位與安全生產，關鍵在于其系泊系統，取決于系泊設計水平。目前多數深水浮式平臺仍采用鋼制懸鏈線系泊系統，而這其中又以“錨鏈-鋼纜-錨鏈”三段組合式系泊纜的應用最為廣泛。組合式系泊纜的應用優化了系泊系統的定位性能，降低了整體的系泊荷載與材料用量。但又引入了新的問題，具體為：深水系泊的設計前提條件多，所需獲得的設計參數也多，而規范對于系泊系統各項指標的要求又較為嚴格，導致當進入深水后，各設計參數間相互制約關系復雜，為設計工作帶來很大困擾。因此，如何在給定設計基礎（如纜繩規格、作業水深、浮體容許出現的極限水平偏移量）條件下，確定出纜繩各分段長度、頂部預張力、系泊水平輻射距離等結構參數，使系泊系統的各項指標滿足規范要求，在提高纜繩水平回復特性的同時盡量控制總體用鋼量與系泊荷載，是設計者需要著力解決的關鍵技術。

目前各類成熟的商業軟件（如MOSES、SESAM等）雖然可以準確計算出系泊纜的構型與受力，但僅能對于已有系泊方案進行計算校核，并不能自行得出各類參數的合理取值。其他諸如DMOOR等系泊設計軟件雖然能夠在一定程度上對系泊纜進行優化，但并不能很好地涵蓋設計規范的各項指標以及具體的設計要求，不利于工程的直接應用。而傳統的淺水系泊設計經驗又無法直接應用于深水。為此業界需要一套實用性強、收斂性好的深水系泊纜結構設計優化方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種深水懸鏈線系泊纜的結構設計優化方法，該方法在給定系泊設計基礎條件下，兼顧設計規范的具體要求，通過多層循環迭代，得出系泊纜各項設計參數的合理選取值。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種深水懸鏈線系泊纜的結構設計優化方法，其包括以下步驟：

1）單根系泊纜結構設計參數的確定：

步驟11，根據作業水深、現有纜繩規格以及海底錨鏈的最小懸空段長度l_1min與最小臥底段長度l_0min，首先固定船體錨鏈長度l₃并給予中部鋼纜一個初始長度l₂，然后根據多段懸鏈線方程求出近端系泊纜懸空段的水平跨距H′；

步驟12，保持作業水深、現有纜繩規格與中部鋼纜長度l₂不變，使得系泊纜頂部張力為50%的錨鏈破斷拉力，然后根據多段懸鏈線方程求出遠端系泊纜懸空段的水平跨距H′′與海底錨鏈的最大懸空段長度l_1max；

步驟13，逐漸增加中部鋼纜長度l2并重復上述步驟11和步驟12，當H′′-H′+l_1min-l_1max接近2d時終止迭代，此時的l₂即為中部鋼纜的最佳長度，l_1max+l_0min即為臥底段和懸空段海底錨鏈的最佳長度，靜態系泊水平輻射距離為H=H′′+l_0min-d，其中d為上部浮體所容許出現的最大水平偏移量；

2）單根系泊纜頂部預張力的求解：將系泊纜各分段長度、作業水深與靜態系泊水平輻射距離作為輸入條件，根據多段懸鏈線方程迭代計算求出系泊纜頂部預張力大小；

3）錨固基礎的選型：根據錨固點處的最大水平拉力，設計得出錨固基礎的類型與規格；

4）系泊系統整體回復剛度的計算：在給定每根系泊纜繩布置角度的前提下，逐步增加靜態系泊水平輻射距離，根據多段懸鏈線方程迭代計算求出每根系泊纜頂部張力，形成系泊系統整體的水平恢復剛度曲線，從而確定系泊纜的總體布置根數與布置方向。

多段懸鏈線方程的表達式如下：

F_X(i)=F_X(i-1)

F_Z(i)=F_Z(i-1)+q_(i)·l_(i)