平台定位 漂浮升沉不移位

2025-04-02 21:14:00

处于漂浮状态的深水钻井平台时刻受到海水涌浪、海流和海风的影响,偶尔还会受到台风的侵袭,如果没有控制手段,钻井平台在这些外力作用下,会始终处于上下沉浮和随流漂移。海洋深水钻井需要钻井平台能够固定位置,最好也没有上下的沉浮,尤其是不能大幅移位,才能进行作业,但这些能实现吗?在漂浮运动状态下,能够实现不移位的定位技能就是浮式平台的最重要能力,深水平台的定位可以分为锚泊定位与动力定位两种方式。

1)锚泊定位。锚泊定位是指用锚及锚链、锚缆将深水平台系留于海上,限制风、浪、流引起的平台位移,使其保持在预定海域上的定位方式,锚泊定位是海上结构物最常用的一种定位方式。

平台锚泊系统的主要设备由锚和锚泊线组成。锚的种类较多,海上平台主要采用转角锚。锚爪、锚杆与锚冠连为整体,锚杆与锚冠之间用销轴连接。锚泊线是指锚链、锚索及配重块和浮力块的组合。其中,锚链由多个链环连接而成,链环分为有挡链环和无挡链环。锚索常为钢丝索,由钢丝先拧成股,再由股拧成索,如当股与索拧紧的方向相反时称为交叉绕,拧紧的方

向相同时称为顺绕。钢丝索的中心有一根纤维芯,当钢丝索承受载荷时,纤维芯的作用是使其保持在原位上。

海洋平台在海中所受风浪流的作用力的方向具有不确定性,因此需将锚索链拉向不同方向,布置呈辐射状,一般矩形平台锚索链为8根,三角形平台为9根,五角形平台为10根。为了应对海上风暴和飓风的频繁发生,深水平台最多可装备12根甚至16根锚索。在一般情况下,锚链为均匀分布,但是当某一方向的风浪或海流较大时,亦可采用抗风(流)型即不对称锚索布置形式,将锚集中布置在上风或上流方向,用来抗衡风浪或海流的作用力。

根据锚泊线的受力特点及形状,锚泊系统主要可以分为张紧式系泊锚泊系统和悬链线式系泊锚泊系统。悬链线式系泊的系泊线外形是弯曲的,锚链与海底水平相接,有卧链段,系锚点只受到水平方向的力的作用,系泊线的回复力主要由其自身的重力产生,常应用于中、深水海域。张紧式系泊的系泊线以一定角度与海底相交,没有卧链段,系锚点处同时受到水平和铅直方向的力的作用,系泊线的回复力主要由其自身的弹性产生,可以适应1500米以深的海域。与悬链式锚泊线相比,张紧式锚泊线具有锚泊半径小,所需海床面积更小,水下设施可就近安装,平台响应相对较小等优点。

锚泊定位与动力定位相比,其优势在于它所需投资较少、使用维护方便、安全性高等,锚泊系统在海洋结构物和工程船舶作业中广为应用。锚泊定位系统对于钻井作业来说,有其难以弥补的缺点:一是锚泊定位中锚的布置范围太广,如果1500米水深,锚的布置直径可达4000~5000米,非常影响水下的其他作业;二是平台的漂动偏移量过大,而且随着水深的增加,偏移量越来越大,漂而不动还是不容易实现的,但钻井作业能够承受的偏移量比较小,所以当作业水深超过1000米,基本就不使用锚泊定位方式了,而是使用动力定位。

2)动力定位。动力定位通过控制系统驱动平台的推进器来抵消风、浪、流等作用于平台的环境外力,从而保持平台在预定位置。动力定位减少复杂的抛锚工序,不受锚系长度的限制。动力定位利用测量系统检测船舶位置和目标位置的偏差,通过计算程序计算出平台返回至目标位置的各个推进器推力的大小和方向,从而抵消风、浪、流等环境作用力。

动力定位系统的基本功能是通过精确的指令自动控制船的位置与航向,一般包括两套独立的定位系统:一套是平台卫星定位系统;另一套是海底信标定位系统。绝大多数平台的卫星定位系统采用差分式全球定位系统(DifferentialGlobalPositionSystem,简称DGPS),由于DGPS信号已经过专业卫星的数据校正,所以定位更加准确;平台信标定位系统是在平台定位范围内的海底布置信标,信标位置已经过定位校正,并不断向平台发出信号,平台根据信标信号进行定位操作。不论哪套平台定位系统,在实施动力定位操作时,都是由中央处理器根据接收的位置信号数据进行处理,估算出船舶的位置及航向,系统自动进行风流和其他环境因素的补偿计算,以保持船舶能稳定在设定点上。

在实际操作当中,一般以卫星定位系统为主、信标定位系统为辅进行运行。同时每套定位系统又有备用系统,确保定位操作安全。

动力定位系统需要设置控制范围以确保安全作业,控制范围一般由绿、黄、红三个圈组成,绿色圈内为安全作业范围,所有作业都可以进行;黄色圈内为预警作业范围,可以进行一部分作业;红色圈内为警告作业范围,应该停止作业,进行应急状态,如果到达红圈,应开展应急作业;到达蓝圈,应立即开展紧急关断,断开防喷器和隔水管连接。

动力定位可以控制平台在很小的偏移量范围内,通常偏移量仅23米,这个偏移量对钻井来说基本没有任何影响,真正达到了漂而不动的效果,且动力定位能够适用于1000米以深的深水和超深水海域,在深部海域具有锚泊定位无法比拟的优点。

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