摘 要

本文主要介绍了200m 水深spar海洋平台系泊设计过程，主要内容包括风浪流载荷计算、锚链设计、各海况下平台偏移量计算、系泊点计算、平台允许偏移量校核、锚链强度校核、 锚基础的选择。还主要包括各计算过程的理论公式推导以及相关资料翻译等内容。

设计系泊系统的主要参数如下：采用九锚均匀布置，有档锚链，链径86mm，共35节，总长952.72m，使用霍克锚，抓重比25，重量6100kg，抓力1500kN。

全文共分为7 个部分，对200m 水深spar海洋平台系泊设计做了全面的阐述。整个设计以设计任务书为指导，按照CCS《海上平台入级规范》（2016）的要求，从安全、可靠、可行等角度出发，综合分析设计中的问题，使本设计系统具有良好的使用性、可靠性。

关键词：Spar平台；系泊设计；偏移量；锚链

Abstract

This paper mainly introduces the mooring design process of 200m water depth spar offshore platform. The main contents include wind load calculation, anchor chain design, platform offset calculation under each sea condition, calculation of mooring point, platform allowable offset check, anchor chain Strength check, anchor foundation selection. But also mainly includes the calculation of the theoretical formula derived and related information such as translation.

The main parameters of the design mooring system are as follows: the use of nine anchor evenly arranged, a file anchor chain, the chain diameter 86mm, a total of 35, total length of 952.72m, the use of Hawke anchor, pay more than 25, weight 6100kg, grip 1500kN.

The paper is divided into seven parts, and the mooring design of 200m water depth jack-up offshore platform is fully described. The design of the design of the design book as a guide, in accordance with the CCS "offshore platform classification standards" (2016) requirements, from a safe, reliable and feasible point of view, a comprehensive analysis of the design of the problem, so that the design system has good reliability.

Key words：Spar platform; mooring design; offset；anchor chain

目录

第1章 绪论 1

1.1设计目的 2

1.2 设计意义 2

第2章 环载荷计算 3

2.1环境条件 3

2.2平台主要参数 3

2.3环境载荷计算方法 3

2.3.1风载荷计算方法 3

2.3.2波浪载荷计算方法 4

2.4环境载荷计算结果 9

2.4.1风载荷计算结果 9

2.4.2波浪载荷计算结果 9

第3章 锚链的参数选取 12

3.1锚链的布置形式 12

3.2系泊位置的确定 13

3.3锚链的参数选取 14

3.3.1悬链线方程推导 14

3.3.2锚链k-D图及合力计算 16

3.3.2.1设计海况 17

第4章 不同来流方向不同偏移量计算 23

4.1设计海况 23

4.1.1 0度来流方向不同偏移量 23

4.1.2 20度来流方向不同偏移量 24

4.2极限海况 24

4.2.1 0度来流方向不同偏移量 24

4.2.2 20度方向不同偏移量 25

第5章 校核 27

5.1锚链强度校核 27

5.1.1设计海况 27

5.1.2极限海况 27

5.2偏移量校核 28

第6章 链长及锚选择 29

6.1链长计算 29

6.2锚的选择 29

第7章 结论 31

致谢 34

第1章 绪论

作为一类新型的浮动式平台，SPAR平台自20世纪80年代以来，被广泛应用于深海石油开发。被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向。从结构上讲，SPAR平台可以分为三个部分，即平台上体，平台主体和系泊系统（包括锚固基础）。系泊系统设计主要包括系泊索布置型式的选择、系泊索设计以及锚固基础设计三方面。

目前世界海洋能源开发从近海浅水区域向更为复杂、危险的深海区域发展，并逐渐形成投资高、技术密集和风险较大的能源工业新领域。海洋平台作为海洋资源开发的基础性设施，是海上生产和生活的基地。海洋平台的发展经历了简单到复杂的过程。平台的建造材料从木材到钢材，到钢筋混凝土；结构形式从固定到移动等多种结构形式；作业水深从浅水发展到几千多米的深水。

随着海洋开发向深水方向的发展，海洋系泊的系泊缆系会很长，缆绳的垂直载荷增加，水平偏移量加大，因此深海平台系泊技术领域则成为现如今我国研究的关键技术领域。

总体来说系泊缆可以分为钢缆和纤维缆两大类，其中钢缆强度大，破断力高，但是不易安装，且弹性小，钢缆品种很多，截面形状也各不相同，其规格特征主要包括：钢缆的直径、股数、每股的钢丝根数、钢丝是否镀锌、钢缆有无油麻芯及捻搓方向等。但随着油和天然气的钻探与开采日趋深水水域，墨西哥湾的锚泊生产平台工作水深已经超过3000米，这使传统的钢悬链线不是太合适，一方面，在深海系泊中系泊缆的长度太大，钢缆自身重量巨大，这需要更大的浮体来提供浮力，导致相应的平台的直径等都会增大，造价急剧增加，经济性差，另一方面，传统的钢悬链系泊系统由钢链组成，深水中锁链自身的巨大中立使平台的有效载重能力大大降低，并且接地面积大，同时在深水中呈现悬链线星石的锚泊系统覆盖着相当大的区域，严重的影响到海底管线与缆线的铺设和其他船舶在该水域的锚泊。新型系缆材料不断开发，缆绳的构造呈多样化的趋势，例如，重量轻和强度与重量比大的聚酯缆索已经广泛代替钢缆；传统的呈悬链线形状的锚链已经逐渐被拉紧或半拉紧形状的锚链所代替，从而减小了锚缆覆盖的水域，但同时也对锚基提出了更高的要求。纤维缆弹性大，能够很好的吸收系泊船舶的动载荷。同时实际使用的纤维缆都是合成纤维，最常用的材料是聚酯，尼龙和聚丙烯，聚乙烯运用也很多。随着材料科学的发展，近年来出现了一些高模量的新型材料。它具有与材料相关的机械特性的不确定性以及大拉力的非线性问题的特点，这也正是它的缺点所在。

1.1设计目的

本课题是200m 水深spar海洋平台系泊设计，其设计目的有：(1)在现有自升式海洋平台基础上，开发出在水深较大水域的系泊系统，并符合CCS《海上平台入级规范》（2016）；(2)该系泊系统适用于200m 水深海域，该海域石油地质储量较丰富，但是国内相关平台技术较为薄弱，该系泊系统可提高该水域平台系泊能力，从而增强平台作业能力。

1.2 设计意义

海洋科技是建设海洋强国的技术保障，也是增强海洋开发能力的重要支柱。设计出可靠实用的海洋平台，为我国推进海洋强国建设战略贡献一份力量。

第2章 环境载荷计算

根据已知的环境条件以及平台参数，按照CCS《海上移动平台入级规范》（2016），计算平台在作业海况和极限海况遭遇不同方向来流的环境载荷。

2.1环境条件

平台海况条件见表2.1

表2.1平台环境条件

2.2平台主要参数

平台主尺度在经查阅现有建成的spar平台参数比例缩放选取合适的数值见表2.2.

表2.2 平台主要参数

2.3环境载荷计算方法

按照CCS《海上移动平台入级规范》（2016），确定风载荷、波浪载荷、海流载荷的计算方法，其中莫里斯公式同时计算了波浪和流载荷，计算平台在作业海况和极限海况遭遇的风载荷和波浪载荷。

2.3.1风载荷计算方法

2.3.1.1风压P

风压 P=0.613× kPa

风载荷 F=SP kN

其中 S为正投影面积，P为风压，为高度系数（取法见表2.3）为形状系数（见表2.4）

正常海况风速10m/s，极限海况风速50m/s，得=0.0613kPa，=1.5325kPa

S=14*3.1 6.2*3.9=67.58

得=2.0713kN，=51.783kN。

高度系数=1.0；形状系数=0.5（按受风面积比例及查表数值计算的）。

其中： P 表示风压，kPa； S 表示平台在正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积，m2；表示受风构件的高度系数，其值根据构件高度h（构件型心到设计水面的垂直距离）由表2.3 选取； 表示受风构件形状系数，其值根据构件形状由表2.4 选取。

表2.3高度系数

2.3.2波浪载荷计算方法

2.3.2.1 设计波波高

设计波波高H_d取最大波高可能值，根据给定的波浪参数，即作业海况5m、极限海况为12m。

表2.4形状系数

2.3.2.2 波浪周期

确定设计波波高之后，根据规范知其相应波浪周期 T 应在lt;Tlt;的范围内，对周期离散化计算不同周期作用于平台上的水动力进行估算，最终取波浪对平台的最大力。

2.3.2.3 波浪理论

波形选择参照规范第2章第三节2.3.4所采用的波浪理论，按图2.1 选定波浪理论。

2.3.2.4线性波理论

由《流体力学》（王家楣）中的线性波浪理论可得