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(fā)逐漸向深海、遠海發(fā)展，對于周邊缺少管網(wǎng)依托的海域，F(xiàn)PSO成為全海式開發(fā)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)；而對于深水系泊系統(tǒng)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(tǒng)的調(diào)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(diào)整鏈的切割必要性

系泊系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)，同時確保錨腿、立管、電纜之間不發(fā)生相互干涉[5]。

系泊系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)公差分類

2 錨腿切割長度計算方法

HYSY111和HYSY118單點系泊系統(tǒng)為水下浮筒型，HYSY119為船體集成型，3個系泊系統(tǒng)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(diào)整鏈末端測量法

HYSY111調(diào)整鏈切割計算以調(diào)整鏈末端至單點中心的水平距離作為控制因素。見圖1，調(diào)整鏈完成預張緊后，測出調(diào)整鏈末端至單點中心的距離，計算的調(diào)整鏈末端鏈環(huán)到單點中心的距離計算調(diào)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(diào)整鏈末端測量法示意

Lcut=D-S

(1)

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

2.2 錨樁距離法

HYSY118調(diào)整鏈切割計算基于錨樁坐標與姿態(tài)、錨樁處的土壤參數(shù)、錨腿構件完工長度、模型中計算公差等計算調(diào)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(tài)；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(diào)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(diào)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(jù)安裝后的確定性公差和不確定性公差，通過數(shù)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(huán)數(shù)精準度。該方法采取兩步切割：調(diào)整鏈切割和頂部鏈切割。

2.3.1 調(diào)整鏈切割計算

錨腿預張緊后，選取調(diào)整鏈上的3個點進行測量，位置見圖3。

圖3 調(diào)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(qū)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(huán)是否已拉直、檢查土壤強度的不確定性。

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

3)C點距調(diào)整鏈末端約50 m處，其實際測量坐標用于調(diào)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(diào)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(diào)整鏈切割完成后，根據(jù)調(diào)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(diào)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(diào)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(jù)調(diào)整鏈切割后的測量數(shù)據(jù)進行敏感分析，確定頂部鏈切割長度，進行切割調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(tǒng)。

2)調(diào)整鏈多點測量法綜合考慮了不確定性公差，調(diào)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(tǒng)。

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(tǒng)設計時錨腿頂部應優(yōu)先考慮采用錨鏈，以便進行二次切割。