基本介紹
- 中文名：錨泊定位
- 外文名：anchor mooring positioning
- 屬性：定位方式
- 套用：海洋結構物和工程船舶作業
- 優點：投資較少、使用維護方便等
- 其他定位方式：動力定位
定義,錨泊系統分類,單點錨泊系統,兩點錨泊系統,多點錨泊系統,布錨方式,系統主要設備,拋錨方式,常規拋錨方式,預拋錨方式,
定義
錨泊定位是指用錨及錨鏈、錨纜將船或浮式結構物系留於海上，限制外力引起的漂移，使其保持在預定位置上的定位方式，常用於鑽井船或半潛式鑽井平台上，目的在於限制和減小它們在風、浪、流作用下的運動，以減少由於過度運動所造成的停鑽時間。風、浪、流可能來自不同方向，一般採用呈輻射狀的多點錨泊系統。為最大限度地減小運動，在強度許可條件下將每根索鏈儘量收緊。一般多用鏈，因鏈較重，吸收動載荷的能力較強。錨泊定位水深通常可達200~300米，更大的水深則可用索或上段為索、下段為鏈的索鏈組合系統，其水深可達800～900米。但深水中亦有採用動力定位者，或錨泊定位與動力定位並用，淺水時用錨泊定位，深水時用動力定位，或以錨泊定位為主，大風浪時使用動力定位協助。
錨泊系統分類
按錨泊線與船體接觸點的數目來分類，則錨泊系統可分為單點錨泊系統、兩點錨泊系統和多點錨泊系統。
單點錨泊系統
單點錨泊（Single Point Mooring，SPM）系統是一種套用廣泛的錨泊方式。實際中，船舶或海洋結構物能夠圍繞著單個軸自由轉動，使得自身所受的風、浪、流阻力始終最小的錨泊系統均為單點錨泊系統。單點錨泊系統最早於二十世紀四十年代由美國海軍發明，為戰艦的海上加油提供服務。當前裝卸原油的終端設備上，主要使用懸鏈式單點錨泊系統來定位超大型油輪，作為纜式單點錨泊系統的代表產品，技術已經非常成熟。
單點錨泊又被稱為“浮動的碼頭”，在不斷變化的自然環境作用下，浮筒始終供給水平回復力，確保浮體的穩定。當浮體受到外力而偏離期望位置時，錨鏈上的張力會隨之增大，用以抵禦外力來維持浮體穩定。由於浮體可於水平面內繞轉台任意轉動，則其對不同方向的環境外力有較強的適應性，因此設計時可相應減小錨泊系統的尺寸。單點錨泊系統的優點是操作方便、安全、可靠性高,特殊情況下能及時實施解脫,確保人身安全；缺點是其技術較為複雜且製造成本較高。
兩點錨泊系統
兩點錨泊系統是船舶或浮體通過2個單錨腿浮筒來完成的艏艉錨泊。它最大的特點是能省去單點錨泊中的旋轉接頭，且整個系統可採用國內設計與施工的傳統組件。缺點是船舶保持固定方向，不能轉動，則船舶難以抵禦較強力度的橫向環境力，所以此系統只適用於自然條件溫和或外載荷方向較單一的海洋工程。有的項目工程中可用兩點錨泊系統增補和替換單點錨泊系統。
多點錨泊系統
多點錨泊系統常用於定位要求高或者定位水域非常狹小的情況下。它的定位效果較好,但由於多點錨泊系統下的浮體不能隨著環境力無約束地轉動和移動，在強自然環境力作用下時，錨泊系統將承受較大的錨泊力。此外，根據力學原理，如果錨泊系統中各錨泊鏈間的夾角偏大，將會使得錨泊鏈張力較大。因此，錨泊力與浮體運動是多點錨泊系統研究中需要考慮的兩個重要方面。在實際工程中，多點錨泊系統常套用于海況平穩的區域(如非洲西部),也常套用於環境力方向較單一的海域。
多點錨泊系統的類型有：多浮筒式錨泊，多套用於岸邊船靠泊；擴展式錨泊，多用於移動式鑽井裝置的定位，其實現方式是向鑽井裝置的四周海域拋出多根錨泊線。鋪管船等工程船舶在海上或江河中作業時也經常採用多點錨泊系統定位和移位。
布錨方式
一般的船舶包括鑽井船由於側向的面積通常大於首向面積，因而錨索布置成對側向提供較大支持的形式。但對於半潛式鑽井平台，由於首向和側向暴露面積近似相同，作用在半潛式平台上的環境力在各個方向上差別不是很大，因此半潛式鑽井平台採用輻射狀錨泊進行定位時可以不考慮作業區域環境力的方向，錨索的布置一般均採用對稱形式。對於實際作業海域環境條件比較有規律，操作者對環境條件比較清楚時，則可以根據占優勢風、流和波浪的方向選擇良好的錨索布置，將錨索集中於一側的強有力的不對稱形式，這種布錨方式在實際中也得到不少成功的套用。
圖1 布錨方式
圖1 布錨方式圖 1 所示為幾種典型的布錨方式，其中最常用的是 8 點 30°~60°（圖 1-1A）和 8 點對稱（圖 1-1B）。某些地區，強的風或流來自可以預見的方向時，則如圖 1-1G所示的不對稱布置方式已經得到成功的套用。當半潛式鑽井平台附近有管系或者航道時，有時使用如圖 1-1H 所示的不對稱布錨方式。
而近些年，隨著半潛式鑽井平台作業水深的不斷加大，作業環境的不斷惡化，颶風及強熱帶風暴災害性天氣的頻繁出現，國際上對於半潛式鑽井平台的錨泊定位系統的可靠性及安全性提出了更高的要求。因此，有些新建或者改造的平台項目已經出現了 12 點錨泊系統的形式。
系統主要設備
錨
半潛式鑽井平台的錨泊定位系統採用的錨一般為拖曳式大抓力錨。早期用得較多的有DANFORTH錨、LWT錨等。隨著海洋工程的發展，新型的抓力更大的錨不斷出現，諸如FLIPPER DELTA錨、BRUCE-TS錨、STEVPRIS系列錨等。與普通大抓力錨相比，這些錨的抓重比更大，如Stevpris MK6錨在淤泥中的抓重比可達約44，在中等硬度的粘土中抓重比可達約60，在硬土中可達約80。大抓重比拖曳錨的開發，推動了深水半潛式鑽井平台錨泊定位的配套技術。圖2為目前常用的幾種大抓力錨形式。
圖2
圖2錨索
深水半潛式鑽井平台錨泊定位所採用的錨索都是組合形式，其形式主要可分為:鋼絲繩一錨鏈組合系統、錨鏈一鋼絲繩一錨鏈組合系統或者錨鏈一合成纖維索一錨鏈組合系統。國際上多數深水半潛式鑽井平台採用錨索的多是錨鏈與鋼絲繩組合的形式。錨索組成中的錨鏈、鋼絲繩及合成纖維索特點如下：
(1)錨鏈錨鏈在海上作業中已顯示出其經久耐用的特性，它在適度的剛性下具有較好彈性並且耐磨，在海床土質中摩擦係數最高，為保證和增加拖曳錨的抓力起到至關重要的作用。深水半潛式鑽井平台通常採用R級高強度系泊錨鏈。隨著錨鏈等級不斷提高，早期的R3和R3S錨鏈通常用作錨頭前的一段連線臥鏈，R4、R4S錨鏈在錨纜組合中使用最多。
(2)鋼絲繩用於錨泊定位的鋼絲繩典型結構形式如圖3。海洋工程裝置通常採用精煉梨鋼(IPS)和高級精煉梨鋼(EIPS)、單股鋼絲繩芯((IWRC)的6股、8股圓股鋼絲繩，這些鋼絲繩受力時會產生扭矩。為達到防扭的目的，防扭轉(螺旋股型和多股型)的鋼絲繩得以套用，通過幾層鋼絲(或幾束鋼絲)反向纏繞，鋼絲繩受力時不會產生很大的扭矩，因此對於永久式錨泊定位系統是很具吸引力的。
圖3
圖3(3)合成纖維索由於缺乏長期使用的經歷，合成纖維索一直沒有被廣泛套用於平台錨泊系統。高性能合成材料做成的各種錨索的認識尚處於研究階段。近年來，已經有移動式鑽井平台開始使用合成纖維索作為錨索。合成纖維索由於其自身在強度相當的前提下具有重量輕的優點，在防腐蝕方面目前國際上先進的合成索生產廠也有了有效的解決措施，隨著進一步的研究和使用經歷，有可能在將來得到廣泛的套用。
錨機或絞車
錨機/絞車的用途是放出和回收鏈(纜)時控制其運動速度，錨泊時預緊和調節鏈(纜)張力。深水半潛式鑽井平台的錨泊定位系統配備的錨機或錨絞車，需要綜合考慮錨索的形式、拋/起錨方式及平台質量控制、布置空間等方面的要求，主要有臥式錨機、錨絞車及組合錨機。
臥式錨機通常為組合形式，有雙聯、三聯和四聯組合錨機，即兩台、三台或四台錨機串聯在一起，被同一套動力裝置驅動。臥式錨機主要適用於鏈錨絞車為滾筒式錨絞車或牽引式絞車(或稱摩擦滾筒絞車)的纜一鏈系統。
滾筒式錨絞車的滾筒表面設定鋼絲繩槽以控制第一層鋼絲繩的位置，且配置排纜器，其主要缺點是隨著錨索直徑及長度的增加，絞車的尺寸會非常大，同時各層鋼絲繩的工作負荷、支持負荷和速度都是不同的，內層拉力大、速度慢，外層則相反。
牽引式絞車由兩個平行的帶槽滾筒組成，鋼絲繩在兩個滾筒上繞幾圈(一般為6~8圈)，鋼絲繩與滾筒間的摩擦提供鋼絲繩的拉力和支持力，而通過摩擦滾筒的鋼絲繩貯存在專用的儲繩卷車上，從而解決了滾筒式錨絞車因鋼絲繩層次不同導致拉力和速度變化的問題。
導向輪
導向輪用於改變鏈(纜)的運動方向，根據錨索類型及所配置的錨機不同，可分為導鏈器、導纜器及導索器。導鏈器用於錨鏈；導纜器用於鋼絲繩；導索器既能用於錨鏈又能用於鋼絲繩。
拋錨方式
拋錨方式取決於平台設定的錨機形式(臥式錨機，錨絞車，組合錨機)、拖船的功能及操作者的判斷。深水半潛式鑽井平台常用的拋錨方式有兩種：常規拋錨及預拋錨方式。
常規拋錨方式
設定組合錨機的平台，錨泊定位所需的所有錨索(鋼絲繩和錨鏈)全部存放在平台上。與單一錨鏈或單一鋼纜拋錨方式相同。拋錨時，拖船攜錨連帶錨鏈加鋼纜，拖至預定錨點將錨下放到海床上，然後平台錨機收錨索使錨齧人泥底。錨拋好後，進行錨抓力試驗，再調整平台位置並放鬆錨索至預張力。回收時，平台先放鬆錨索，由拖船將錨拔出後，再回收錨索，直到錨頭放在錨架上。
優點：在不同的作業水深，可通過組合錨機調節錨索的長度實現定位。在初始定位及回收時拖船隻需要進行簡單的拋/起錨作業即可。
缺點：對於錨泊設備要求較高，需要配備質量較大的組合錨機，全部設備需要占用相當大的立柱空間或甲板空間。
預拋錨方式
設定臥式錨機及鏈一纜一鏈錨索或錨絞車及纜一鏈系統的平台，錨泊定位所需的部分錨索(鋼絲繩、錨鏈)存放在拖船上。在平台到達井位前，拖船在井場預先將所有錨拋在設定的錨位，當平台到達後，拖船將預拋錨的錨索與平台自帶的錨索進行對接，然後，平台錨機或錨絞車將錨索收緊，完成常規拋錨方式的相關程式即可實現定位。結束作業時，拖船將預拋錨的錨索與平台自帶錨索脫開即可。
優點：平台所配備的錨泊設備簡單，一般只需要配備臥式錨機或錨絞車，平台上保留用於與預拋錨部分相連線的錨鏈或鋼絲繩。
缺點：當平台經常在不同水深海域作業時，需要根據水深情況預先確定預拋錨部分的錨索長度。尤其在深水情況下，大量的錨索需要由平台拖船來存放，因此對拖船的要求較高。
