羅 寧，張 浩, 2，宋 強, 2，陳國明，劉正禮，盛積良

(1.中國石油大學(華東) 海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心，山東 青島 266580; 2.中國船舶科學研究中心，江蘇 無錫 214082; 3.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518067)

半潛式鉆井平臺復合錨泊系統(tǒng)組分配比優(yōu)化設(shè)計

羅 寧1，張 浩1, 2，宋 強1, 2，陳國明1，劉正禮3，盛積良1

(1.中國石油大學(華東) 海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心，山東 青島 266580; 2.中國船舶科學研究中心，江蘇 無錫 214082; 3.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518067)

從提高錨泊系統(tǒng)收放時效性入手，提出了一種半潛式鉆井平臺復合式錨泊系統(tǒng)組分配比優(yōu)化設(shè)計方法，旨在盡可能降低復合式錨泊系統(tǒng)的鋼鏈配比長度，提高收放效率。結(jié)合錨泊系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，制定優(yōu)化設(shè)計準則，建立優(yōu)化分析流程，采用ANSYS-AQWA建立錨泊定位半潛式平臺水動力分析模型，獲得平臺運動參數(shù)和錨鏈動力參數(shù)，對平臺漂移量、錨鏈最小安全系數(shù)、走錨臨界張力、錨鏈最小臥底長度和起錨力進行無量綱指標分析，并綜合考慮張力傾角與預張力對優(yōu)化結(jié)果的影響，獲得復合式錨泊系統(tǒng)鋼鏈與鋼纜的最優(yōu)配比關(guān)系，確定最優(yōu)鋼鏈長度為395 m，較原鋼鏈長度縮短225 m，鋼鏈收放時間降低36%，進一步提高錨泊系統(tǒng)收放時效性,并降低平臺可變荷載。

復合式錨泊系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；半潛式鉆井平臺

隨著國際油價的迅速回落，降本增效已成為石油行業(yè)的重中之重。然而深水油氣勘探一直都是高投入工程[1]，如何合理地降低海洋石油的開發(fā)成本，已成為當下石油行業(yè)最關(guān)注的問題。目前錨泊定位的深水半潛式鉆井平臺所使用的鋼鏈長度較大，與鋼纜相比，鋼鏈的下放與回收效率極低。因此，從降低海洋石油勘探開發(fā)的能耗成本與時間成本出發(fā)，在保證原有錨泊性能的前提下，盡可能降低鋼鏈的配比長度，既能夠提高錨泊系統(tǒng)的收放效率，又可以緩解海洋鉆井平臺可變荷載冗余量小的問題。

Matthias Brommundt[2]對海上半潛式風力發(fā)電設(shè)備的懸鏈線系泊系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，使用Nelder-Mead單一算法優(yōu)化錨鏈系泊線長度，使成本達到最低。Mir Emad Mousavid等[3-4]從完整性管理角度出發(fā)提出了一種簡單的工程分析方法，針對完整性和設(shè)計極限分別提出了優(yōu)化算法，將該方法應(yīng)用到錨泊系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化分析上，并對錨泊系統(tǒng)的不同組分進行了可靠性分析。Ayhan Mentes等[5]采用模糊層次分析法建立數(shù)學模型，針對錨泊系統(tǒng)的選型提出了一種設(shè)計方法，并結(jié)合該方法對不同選型方案進行案例敏感性分析。Mehdi Shafieefar等[6]采用遺傳算法，在考慮環(huán)境荷載傳遞情況下，對平臺朝向和錨泊系統(tǒng)選型進行優(yōu)化，并考慮錨鏈材料屬性和尺寸，對單根錨鏈進行線長和預張力的優(yōu)化分析。Aline Aparecidade Pina等[7]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對浮式結(jié)構(gòu)的錨泊系統(tǒng)進行分析，通過考慮水深、平臺與立管參數(shù)等，建立錨泊定位平臺的設(shè)計方法，并說明其方法對任意懸鏈線系泊系統(tǒng)均具有普適性。Klingan K E[8]以經(jīng)濟性與可變性為目標，考慮實際環(huán)境參數(shù)，基于非單調(diào)線性搜索的二次序列規(guī)劃法，采用Marintek開發(fā)的SIMA軟件對錨泊系統(tǒng)進行優(yōu)化分析。

余龍等[9-10]利用準靜定法推導多組分錨泊懸鏈線方程，并采用遺傳算法對“南海2號”鉆井平臺錨泊系統(tǒng)進行優(yōu)化分析。周洋[11]對多組分懸鏈線錨泊系統(tǒng)進行設(shè)計與優(yōu)化，結(jié)合準靜定分析，形成錨泊系統(tǒng)響應(yīng)的時域計算方法。樊磊，孫麗萍等[12]以滿足安全要求，確保良好水動力性能為目標，采用時域方法對半潛式起重平臺的錨泊系統(tǒng)進行優(yōu)化研究。李亞男等[13]采用AQWA-iSight聯(lián)合計算，以平臺的垂蕩、縱蕩及橫搖響應(yīng)為約束，得到最優(yōu)系泊纜長度。王寬[14]將錨鏈方位角和拋錨距離作為變量，以考慮各浪向發(fā)生概率的加權(quán)平動位移為優(yōu)化目標，采用遺傳算法對該優(yōu)化問題進行求解。石建峰等[15]采用非線性規(guī)劃算法進行錨鏈張力優(yōu)化，并對981鉆井平臺進行仿真分析，結(jié)果符合安全作業(yè)要求。

按照深水半潛式鉆井平臺的起拋錨作業(yè)流程，本文對現(xiàn)役平臺的復合式錨泊系統(tǒng)進行二次優(yōu)化設(shè)計，提出一種深水半潛式鉆井平臺復合式錨鏈長度配比優(yōu)化設(shè)計方法，并結(jié)合工程實例建立復合式錨泊系統(tǒng)動力分析模型，對錨鏈長度的配比進行優(yōu)化設(shè)計，旨在縮短起拋錨作業(yè)時間，減少作業(yè)租金，增大平臺可變載荷余量，降低作業(yè)成本，提高作業(yè)效率。

1 復合式錨泊系統(tǒng)動力分析模型

錨泊定位半潛式平臺由平臺本體和復合式錨泊系統(tǒng)兩部分組成，圖1為錨泊狀態(tài)下深水半潛式鉆井平臺的示意圖。這兩部分之間存在耦合作用，并在風、浪、流的作用下產(chǎn)生運動。錨鏈作為約束條件，為平臺提供回復力，使其在外界環(huán)境作用下不產(chǎn)生大的位移，以保證整個鉆井系統(tǒng)的安全性。在產(chǎn)生回復力的同時，錨鏈自身會存在軸向張力，當張力過大時，會導致走錨、起錨或者錨鏈的破壞。

圖1 錨泊狀態(tài)下深水半潛式鉆井平臺示意Fig.1 Moored semi-submersible platform

在對錨鏈長度配比優(yōu)化設(shè)計時，需要對錨泊狀態(tài)下的半潛式平臺進行動力分析，確定平臺對錨泊系統(tǒng)施加的動邊界條件。在風、浪、流共同作用下，平臺的運動方程[16]：

式中：M為平臺質(zhì)量，C為阻尼系數(shù)，K為平臺系泊剛度，F(xiàn)wind為風力，F(xiàn)current為海流力，F(xiàn)wave為波浪力，F(xiàn)moor為系泊力。

在確定平臺運動后，以錨鏈為研究對象，對其進行動力分析，圖2為錨鏈受力分析示意圖。隨著平臺的運動，錨鏈線的張力傾角不斷發(fā)生變化，導致錨泊系統(tǒng)回復力隨時間變化[14]。

圖2 復合式錨鏈受力示意Fig.2 Force of composite mooring system

式中：Q(t)為錨鏈的回復力，Wk為錨鏈第k組分的重度，Lk為錨鏈第k組分的長度，θk(t)為錨鏈第k段的水平傾角。

由于平臺動邊界條件影響，錨鏈在軸向上會產(chǎn)生動張力，動張力水平分量即為回復力，錨鏈的動張力與回復力的關(guān)系如下所示[14]：

式中：T(t)為錨鏈的動張力。

錨鏈回復力由錨抓力和臥底鋼鏈的摩擦力組成，懸鏈線臥底長度既影響錨鏈的回復力大小，也決定錨泊系統(tǒng)與海底摩擦段的長度。根據(jù)懸鏈線方程可以得到懸鏈線長度計算公式，通過懸鏈線長度與錨鏈的拋出長度，可以確定錨鏈的臥底長度[14]：

式中：Lc(t)為懸鏈線長度，L為錨鏈總長度，Ld(t)為臥底鏈長度。

當錨鏈所承受水平拉力大于其臨界回復力時，即發(fā)生走錨[17-18]。綜合考慮錨抓力和臥底錨鏈的摩擦力，可計算得到走錨臨界力[19]：

式中：Prmax(t)為走錨臨界張力，Hr為錨在空氣中質(zhì)量為10 000磅時的抓力，Wa為錨在空氣中的質(zhì)量，b為基于底質(zhì)的系數(shù)，λc為臥底鏈抓力系數(shù)，ωc為臥底鏈單位長度重量，Ld(t)為臥底鏈長度。

如圖3所示，當平臺運動位移過大時，迎流向錨鏈的臥底部分將被拉起，與海底泥面成一定夾角，進而對拖曳錨產(chǎn)生斜向起錨力，為簡化分析模型，忽略入泥鋼鏈與土體的摩擦作用，將受力分析點確定在泥線處，可得到拖曳錨所受斜向起錨力：

式中：θ0為錨鏈與泥線夾角，F(xiàn)up(t)為垂向上拔力，F(xiàn)u為斜向起錨力。

圖3 拖曳錨起錨力示意Fig.3 Uplift force of anchor

2 復合式錨鏈長度優(yōu)化配比準則與優(yōu)化分析流程

深水半潛式鉆井平臺錨鏈長度配比優(yōu)化的目標為：在保證原有系泊能力的前提下，最大限度地降低復合式錨泊系統(tǒng)中的鋼鏈長度，以提高起拋錨作業(yè)效率?？紤]到平臺的作業(yè)安全性以及錨鏈自身的安全性，分別從平臺的漂移量，錨鏈的動張力、錨鏈的走錨臨界力、錨鏈的臥底長度和錨的起錨極限承載力五個方面進行分析，并制定優(yōu)化設(shè)計準則。

圖4 復合式錨鏈長度配比優(yōu)化分析流程Fig.4 Flow chart of optimization analysis for composite mooring system components

優(yōu)化設(shè)計準則具體內(nèi)容如下：

a) 縮短鋼鏈長度后，錨泊系統(tǒng)對平臺漂移量的控制能力不降低，即漂移量仍滿足API規(guī)范要求[20]；

b) 縮短鋼鏈長度后，錨泊系統(tǒng)的安全性符合規(guī)范要求，即完整狀態(tài)下錨鏈最小安全系數(shù)不小于1.67[20]；

c) 縮短鋼鏈長度后，錨泊系統(tǒng)的臥底長度小于鋼鏈總長度，確保纜繩不與海床發(fā)生直體磨損(粘著磨損)[21-23]，降低纜繩與海底摩擦引起的失效概率；

d) 縮短鋼鏈長度后，錨泊系統(tǒng)在作業(yè)工況下不發(fā)生走錨，避免因走錨造成海損事故[24-25]；

e) 縮短鋼鏈長度后，拖曳錨所受斜向起錨力仍小于所用拖曳錨的極限承載力。

為快速得到最優(yōu)的錨鏈長度配比關(guān)系，設(shè)計了錨鏈長度配比優(yōu)化分析方法。在確定平臺的最大作業(yè)窗口后，基于二分法原理，不斷縮小滿足準則的長度配比范圍，以確定最優(yōu)的錨鏈長度配比關(guān)系，具體分析流程如圖4所示。

3 復合式錨鏈長度配比優(yōu)化分析實例

3.1分析模型基本參數(shù)

以某深水半潛式平臺的復合式錨泊系統(tǒng)為研究對象，采用ANSYS-AQWA建立耦合動力學分析模型，平臺及錨泊系統(tǒng)基本參數(shù)見表1～表3。針對最大設(shè)計工作水深進行錨鏈長度配比優(yōu)化，故優(yōu)化后的錨泊系統(tǒng)同樣適用于較淺海域。

表1 平臺基本參數(shù)Tab.1 Parameter of platform

表2 錨鏈材料屬性Tab.2 Material properties of mooring system

表3 復合錨鏈初始組合形式Tab.3 Initial parameter of composite mooring system

3.2復合式錨鏈長度配比優(yōu)化分析

通過對原有平臺-錨泊系統(tǒng)耦合模型進行動力分析，確定其最大作業(yè)工況，工況參數(shù)見表4，并以此為基礎(chǔ)，進行錨鏈長度配比優(yōu)化設(shè)計。

表4 最大作業(yè)工況Tab.4 Maximum operating environment

由表3可知，該錨泊系統(tǒng)的鋼鏈原長度為620 m，根據(jù)既定分析方法和分析流程，對復合式錨鏈長度配比進行優(yōu)化設(shè)計，得到各無量綱參數(shù)隨鋼鏈減少量的變化關(guān)系，并將無量綱參數(shù)與標準值1相比較，如圖5所示，其中參數(shù)無量綱化見式(8)～(13)所示。

無量綱平均漂移量系數(shù)=平臺平均漂移量/4%平臺作業(yè)水深

(8)

無量綱最大漂移量系數(shù)=平臺最大漂移量/ 8%平臺作業(yè)水深

(9)

無量綱安全系數(shù)=錨鏈安全系數(shù)最小值/1.67

(10)

錨鏈臥底長度無量綱參數(shù)=錨鏈臥底長度/優(yōu)化后所剩鋼鏈總長度

(11)

走錨無量綱參數(shù)=最大動張力/臨界錨泊力

(12)

起錨力無量綱參數(shù)=最大起錨力/拖曳錨極限承載力

(13)

圖5 各無量綱參數(shù)對鋼鏈減少量的影響Fig.5 Effect of dimensionless parameters on steel chain reduction

由圖5可知，隨著錨泊系統(tǒng)鋼鏈長度減少量的增加，走錨無量綱參數(shù)成為控制鋼鏈配比長度的關(guān)鍵因素。當鋼鏈減少量達到300 m時，走錨無量綱系數(shù)超過標準值1，說明在該種條件下，錨泊系統(tǒng)發(fā)生走錨，不符合優(yōu)化設(shè)計要求，最終鋼鏈減少量應(yīng)保證在300 m以下。

4 不同參數(shù)對鋼鏈減少量的影響

考慮到錨泊系統(tǒng)的張力傾角與預張力不是一成不變的，其變化量對錨泊系統(tǒng)的懸鏈線形狀影響較大，因此，在原優(yōu)化配比結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合張力傾角與預張力的變化適當增大鋼鏈冗余量。

通過控制變量，分別獲得不同張力傾角和預張力條件下鋼鏈的最大減少量，可以看出，當張力傾角增大后，鋼鏈的減少量呈先增大后減小的非線性趨勢，而鋼鏈減少量隨錨鏈預張力增大呈線性減小趨勢，具體結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 張力傾角對鋼鏈減少量的影響Fig.6 Effect of pretension angle on steel chain reduction

圖7 預張力對鋼鏈減少量的影響Fig.7 Effect of pretension on steel chain reduction

錨泊系統(tǒng)原有設(shè)計預張力為1 264.2 kN，張力傾角為27.8°，考慮錨鏈張力傾角實際誤差為±1°，預張力實際誤差為±100 kN，為保證錨泊系統(tǒng)具有充足的鋼鏈長度，在原有優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上，增加25%的安全冗余，綜合考慮二者對鋼鏈減少量的影響，鋼鏈最優(yōu)減少量確定為225 m。根據(jù)上述計算結(jié)果，確定錨鏈長度配比的最終值，具體參數(shù)見表5所示。

表5 最終錨鏈長度配比Tab.5 Optimization results of composite mooring system

5 結(jié) 語

1) 結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)要求提出錨鏈長度配比優(yōu)化問題，并針對該問題提出五項優(yōu)化設(shè)計準則及分析流程。通過實例計算，確定該分析方法與流程的可行性。

2) 根據(jù)分析實例可知，現(xiàn)有半潛式鉆井平臺錨泊系統(tǒng)的鋼鏈長度具有較大的調(diào)整彈性。該模型可以在原有錨鏈基礎(chǔ)上將鋼鏈長度縮短255 m，占原有鋼鏈長度的36%，同時錨鏈總重量降低約189 t，有效降低了錨泊系統(tǒng)對平臺可變載荷的影響，說明優(yōu)化結(jié)果具有較好的工程意義。

3) 進行優(yōu)化結(jié)果對張力傾角和預張力的敏感性分析，分析結(jié)果表明，錨鏈長度配比優(yōu)化結(jié)果對張力傾角和錨鏈預張力的變化十分敏感，應(yīng)結(jié)合二者的影響對優(yōu)化結(jié)果進行二次修正。

[1] 鞠少棟，暢元江，陳國明，等.深水鉆井隔水管連接作業(yè)窗口分析[J].石油勘探與開發(fā)，2012，39(1)：105-110.(JU Shaodong,CHANG Yuanjiang,CHEN Guoming,et al.Envelopes for connected operation of the deepwater drilling riser [J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(1): 105-110.(in Chinese))

[2] MATTHIAS Brommundt,LUDWING Krause,KARL Merz.Mooring system optimization for floating wind turbines using frequency domainanalysis[J].Energy Procedia,2012( 24): 289-296.

[3] MIR Emad Mousavi,PAOLO Gardoni.A simplified method for reliability and integrity-based design of engineering systems and its application to offshore mooring system[J].Marine Structures,2014(36): 88-104.

[4] MIR Emad Mousavi,PAOLIO Gardoni,MEHDI Maadooliat.Progressive reliability method and its application to offshore mooring systems[J].Engineering Structures,2013(56): 2 131-2 138.

[5] AYHAN Mentes,ISMAIL Hakki Helvacioglu.Fuzzy decision support system for spread mooring system selection[J].Expert Systems with Applications,2012(39): 3 283-3 297.

[6] MEHDI Shafieefar,AIDIN Rezvani.Mooring optimization of floating platforms using a genetic algorithm[J].Ocean Engineering,2007,34(10):1 413-1 421.

[7] ALINE Aparecidade Pina,BRUNODA Fonseca Monteiro,CARL Horst Albrecht,et al.Artificial neural networks for the analysis of spread-mooring configurations for floating production systems[J].Applied Ocean Research,2016(59): 254-264.

[8] KLINGAN K E.Automated optimization and design of mooring systems for deep water[D].Norwegian University of Science and Technology,2016.

[9] 余龍,譚家華.深水多成分懸鏈線錨泊系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用研究[J].華東船舶工業(yè)學院學報(自然科學版),2004,18(5):8-13.(YU Long,TAN Jiahua.Research and application of optimum design of deepwater multi-component mooring line [J].Journal of East China Shipbuilding Institute (Natural Science Edition),2004,18(5):8-13.(in Chinese))

[10] 余龍,譚家華.基于準靜定方法的多成分錨泊線優(yōu)化[J].海洋工程,2005,23(1): 169-173.(YU Long,TAN Jiahua.Research on optimum multi-component mooring lines based on catenary equation [J].The Ocean Engineering,2005,23(1): 169-173.(in Chinese))

[11] 周洋.深水懸鏈線錨泊系統(tǒng)多成分錨泊線設(shè)計[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學.2008.(ZHOU Yang.Design of deepwater multi-component mooring line [D].Harbin: Harbin Engineering University.2008 (in Chinese))

[12] 樊磊,孫麗萍,王宏偉,等.半潛式起重平臺系泊系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化研究[J].海洋工程,2015,33 (01): 31-38.(FAN Lei,SUN Liping,WANG Hongwei,et al.Investigation on mooring system design and optimization of a semi-submersible crane vessel [J].The Ocean Engineering,2015,33 (01): 31-38.(in Chinese))

[13] 李亞男,唐文獻,張建,等.基于錨泊系統(tǒng)的半潛式海洋平臺系泊纜長度優(yōu)化方法研究[J].船舶工程,2014,03:115-118.(LI Yanan,TANG Wenxian,ZHANG Jian,et al.Research of optimizing mooring line length methods of semi-submersible platform based on mooring system [J].Ship Engineering,2014,03:115-118.(in Chinese))

[14] 王寬.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真的系泊優(yōu)化設(shè)計[D].天津大學,2012.(WANG Kuan.Optimum design of mooring system based on BP neural network [D].Tianjin University,2012.(in Chinese))

[15] 石建峰,陳紅衛(wèi),王莉.半潛式鉆井平臺錨泊定位錨鏈張力優(yōu)化[J].計算機測量與控制,2016,07:183-186.(SHI Jianfeng,CHEN Hongwei,WANG Li.Research on optimization of chain tension for mooring anchor for semi-submersible platform[J].Computer Measurement and Control,2016,07:183-186.(in Chinese))

[16] 張浩，陳國明，鄭純亮，等.內(nèi)波參數(shù)對半潛式鉆井平臺漂移量的影響[J].石油鉆采工藝，2015，37(1)：39-42.(ZHANG Hao,CHEN Guoming,ZHENG Chunliang,et al.Effect of internal wave parameters on drifting quantity of semi-submersible drilling platform [J].Oil Drilling & Production Technology,2015,37(1): 39-42.(in Chinese))

[17] 吳衛(wèi)兵，尹建川.準確判斷船舶走錨方法[J].中國航海，2012，35(4)：124-127.(WU Weibing,YIN Jianchuan.A method to find dragging anchor [J].Navigation of China,2012，35(4)：124-127 (in Chinese))

[18] 楊林家，楊佐昌，于洋.船舶走錨預警系統(tǒng)[J].大連海事大學學報，2005，31(1)：29-32.(YANG Jialin,YANG Zuochang,YU Yang.Vessel anchor dragging early warning system [J].Journal of Dalian Maritime University,2005,31(1)：29-32 (in Chinese))

[19] NEUBECKER S R,RANDOLPH M E.The static equilibrium of drag anchor in sand[J].Canadian Geotechnical Journal,1996,(33): 584-594.

[20] API RECOMMENDED PRACTICE 2SK.Recommended practice for design and analysis of stationkeeping systems for floating structures[S].Washington: Institute A P,1997.

[21] 孫佳君.海洋系泊鏈鋼磨蝕損傷規(guī)律研究[D].大連理工大學，2014.(SUN Jiajun.The research of corrosive wear damage of marine engineering chain link [D].Dalian University of Technology,2014.(in Chinese))

[22] 劉金沅.錨鏈腐蝕磨損累積損傷評估方法研究[D].大連理工大學，2013.(LIU Jinruan.Research on approach for corrosion and wear cumulative damage assessment of chain links [D].Dalian University of Technology,2013.(in Chinese))

[23] 毛振東.系泊鏈鋼的摩擦磨損與性能研究[D].江蘇科技大學，2011.(MAO Zhendong.Research on friction wear and property resistance of mooring chain steel [D].Jiangsu University of Science and Technology,2011.(in Chinese))

[24] 榮雷，崔建輝，王永州.走錨全損事故及走錨后的應(yīng)急預案分析[J].航海工程，2012，41(5):138-144.(RONG Lei,CUI Jianhui,WANG Yongzhou.Cause analysis of the dragging anchor casualty and the contingency plan [J].Ship & Ocean Engineering,2012，41(5):138-144.(in Chinese))

[25] 劉濤.淺談船舶的走錨事故[C]//中國航?？萍純?yōu)秀論文集(2010).北京：人民交通出版社，2010：19-31.(LIU Tao.On the anchor dragging of ship[C]//China Academic Journal of Marine Science and Technology (2010).Beijing: China Communication Press,2010：19-31.(in Chinese))

Optimum design for composite mooring system components of semi-submersible drilling platform

LUO Ning1,ZHANG Hao1,2,SONG Qiang1,2,CHEN Guoming1,LIU Zhengli3,SHENG Jiliang1

(1.China University of Petroleum Centre for Offshore Engineering and Safety Technology,Qingdao 266580,China; 2.China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China; 3.Shenzhen Branch of CNOOC,Shenzhen 518067,China)

An optimum design method for composite mooring system components of semi-submersible drilling platform is proposed to decrease the chain length in mooring system in order to increase deploying and retracting efficiency of mooring line.Optimum design criterion and process are developed,combined with design parameters of mooring system.Hydrodynamic model of moored semi-submersible platform is established,and results of platform and mooring system are obtained based on ANSYS-AQWA.The optimum length of chain is 395m,by analyzing dimensionless parameters for offset of platform,minimum safety factor of mooring system,anchor dragging,grounding length of mooring line and uplift force of anchor,and considering the effect of pretension angle and pretension on steel chain reduction.The efficiency of deploying and retracting of mooring line is improved,and the variable load of platform is decreased.

composite mooring system; optimization design; semi-submersible platform

TE52

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2017.05.011

1005-9865(2017)05-0095-08

2016-10-17

國家自然科學基金資助項目(51239008)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)資助項目(2015CB251203)；中海油深海開發(fā)有限公司資助項目(YXKY-ZY-2014-SHENHAI-03)

羅 寧(1992-),男，湖南長沙人，碩士研究生，從事深水鉆井技術(shù)與裝備及錨泊安全方面的研究工作。E-mail:woshiluoning@vip.qq.com

陳國明。E-mail: offshore@126.com