摘 要

随着经济的发展和我国对能源的需要日趋加大，深海油气的开发以及开采平台的研究也在不断发展。Spar平台（单柱式平台）作为一种石油气开采平台，日益得到学界和业界的关注。Spar的系泊系统作为保障其工作、停泊安全性的关键部分，引起了海洋工程学界研发人员的研究和重视。本论文将Spar海洋平台的系泊设计作为主要研究内容，试图为一个假定的海洋平台设计系泊形式和选用合适的锚链，并在这个过程中了解Spar海洋平台受到的不同载荷对其的影响。

以一个海洋平台模型为对象，首先通过对海洋平台所处自然环境的分析，求出了海洋平台受到的风载荷、波浪载荷、海流载荷，并通过对不同的载荷力及其作用点的分析，求出了海洋平台受到的总载荷。然后，设计了Spar平台系泊形式，针对不同型号和尺寸的系泊链，对每根系泊链通过准静态分析法迭代计算了平台的位移和受力。基于经济性考虑，从各系泊链型号中选出了一个较优的型号，作为该海洋平台的系泊设计结果。最后，对选择出的系泊锚链和系泊方式进行了校核计算，验证了其满足规范要求，基于设计作出了系泊系统俯视图、系泊系统侧视图、系泊链图和系泊设备图等图纸。

关键词：系泊系统 Spar平台 准静态分析法

Abstract

With the development of the economy and the increasing demand for energy in my country, the development of deep-sea oil and gas and the research of mining platforms are also constantly developing. The Spar platform (single-pillar platform), as a kind of LPG extraction platform, is gaining more and more attention from academia and industry. Spar's mooring system, as a key part to ensure the safety of its work and mooring, has aroused the research and attention of R amp; D personnel in the field of marine engineering. This paper takes the mooring design of the Spar offshore platform as the main research content, attempts to design the mooring form and select the appropriate anchor chain for a hypothetical offshore platform, and in the process understands the impact of different loads on the Spar offshore platform. .

Taking an offshore platform model as an object, first of all, through the analysis of the natural environment in which the offshore platform is located, the wind load, wave load, current load received by the offshore platform are obtained, and through the analysis of different load forces and their points of action, The total load on the offshore platform was obtained. Then, the mooring form of the Spar platform was designed. For different types and sizes of mooring chains, the displacement and force of the platform were iteratively calculated by quasi-static analysis for each mooring chain. Based on economic considerations, from each mooring chain A better model was selected as the mooring design result of the offshore platform. Finally, the selected mooring chains and mooring methods were checked and verified to meet the specifications. Based on the design, a top view of the mooring system, a side view of the mooring system, a mooring chain diagram and mooring equipment were made Drawings and other drawings.

KEY WORDS: Mooring System, Spar, Quasi-static Analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题的工程背景和海洋平台简介 1

1.2 Spar平台简介 2

1.3 海洋平台系泊系统简介 3

1.4 Spar平台系泊系统的国内外研究现状及本文主要工作 4

第二章 环境载荷计算 6

2.1 平台主尺度与环境条件 6

2.2 风载荷计算 6

2.3 波浪载荷计算 9

2.4 海流载荷计算 14

2.5 海洋平台质心计算 15

2.6 海洋平台受到的最大合力、合力作用点、合力矩 15

第三章 Spar平台锚泊力计算方法与验证 18

3.1 锚泊力准静力计算方法 18

3.1.1 读入原始数据 18

3.1.2 计算在水深h的基本悬链曲线 18

3.1.3 计算锚泊系统的刚度矩阵 19

3.1.4确定平台新的位置 19

3.1.5 计算各链端的位移 20

3.1.6 计算各系泊链的悬链特性 20

3.1.7 系泊力合力及力矩累加 20

3.1.8 计算系泊力与外力合力的误差 21

3.1.9 输出新悬链状态特性 21

3.2计算验证 22

3.2.1 计算系泊链初始状态 22

3.2.2 处理着链点坐标参数 23

3.2.3平台刚度矩阵的求解 24

3.2.4 加载载荷，获得平台位移 27

3.2.5 计算平台新的状态 27

3.2.6 计算系泊链的悬链特性 29

3.2.7 系泊力合力及力矩累加 32

3.2.8 计算系泊力合力与外力的误差 33

3.2.9 多次迭代缩小误差，获得结果 33

第四章 系泊设计 34

4.1 系泊形式和计算初始条件的确定 34

4.2 系泊链型号和直径的确定 35

4.2.1 R3S-130mm系泊链受力计算 35

4.2.2 R3S-155mm系泊链受力计算 41

4.2.3 R4-155mm系泊链受力计算 47

4.2.4 R5-130mm系泊链受力计算 50

4.2.5 选定系泊链直径和型号 55

4.3 系泊链长度的确定和系泊设备选择 56

第五章 平台实际偏移量计算 58

5.1 近海日常工作工况 58

5.1.1载荷描述 58

5.1.2 系泊系统受力计算 58

5.1.3锚泊力准静力计算第一次迭代 59

5.1.4锚泊力准静力计算第二次迭代 60

5.2 远洋恶劣天气工作工况 61

5.2.1载荷描述 61

5.2.2 系泊系统受力计算 62

5.2.3锚泊力准静力计算第一次迭代 62

第六章 强度校核 65

结束语 66

致谢 67

参考文献 68

1. 引言

1.1 课题的工程背景和海洋平台分类简介

海洋平台为海上的石油开采、油井钻探、气象观测、船舶导航等活动提供生产设备和生活器械，比起船舶更适合在海上进行常态化的生产生活，为海洋资源的开发和海上长时间生产生活提供稳定的工作平台和生活设施。^[[1]]

海洋平台分类众多，可分为活动型、固定型和半固定型三类，这三种海洋平台具有不同的结构特性，因此也有不同的工作状态。

活动式平台分为着底型平台和浮动型平台两种，用不同的方法实现海洋平台的运动^[[2]]。着底式平台包括坐底型、自升型两种形式，坐底式平台通过操作沉垫实现平台的下沉坐底，自升式平台通过桩腿的抬升和拔起实现平台的沉浮。浮动式平台包括半潜式平台和钻井船，半潜式平台与坐底式平台相似，通过下潜体控制平台的沉浮，钻井船靠动力定位或锚系定位，钻井时处于漂浮状态。