深水半潜式钻井平台系泊系统中锚链断裂的风险评估

《Marine Structures》：Risk assessment of anchor chain fracture in the mooring system of deepwater semi-submersible drilling platforms

　　**摘要**- 建立了半潜式系泊系统的耦合动力模型。- 采用三参数Weibull模型外推极端海况载荷。- 锚链断裂风险在90°入射角时达到峰值，为每年1.985×10??。**引言**系泊定位系统在深水半潜式钻井平台的稳定性和风浪抵抗中发挥着重要作用[1-4]。南海8号平台在一周内遭遇14次内部孤立波袭击，迫使系泊系统经历三次锚失效，导致平台最大漂移达137米，并发生拉绳断裂等事故[5-7]。因此，确保深水半潜式钻井平台系泊系统的安全已成为南海深水钻井作业的迫切需要。国内外研究机构已发布了系泊系统风险分析的指导文件，提出了分析过程中需考虑的风险因素及适用的风险分析方法[8-12]。Tabeshpour等人[13]研究了锚链断裂对风暴期间平台响应的影响。Wang等人[14]探讨了半潜式平台在三种失效模式——单锚链断裂、双锚链断裂以及一条锚链断裂加一条锚链工作——下的动力响应。Cheng等人[15]研究了在内部孤立波与表面波共同作用下系泊系统失效对平台运动响应的影响。Li等人[16]对锚断裂对半潜式平台水动力性能的影响进行了实验研究。Zhao等人[17]比较了系泊线顶部断裂和底部解锁两种失效模式对浮式平台运动响应的影响。Lelievre等人[18]引入极限平衡理论，研究了沙土中锚爪的极限承载力。Neubecker等人[19]改进了Lelievre提出的极限平衡分析方法，而Miedema等人[20]根据实验结果总结了各种常见拖锚的锚固系数并将其绘制成图表。这些研究主要关注系泊线失效对平台动力响应的影响以及极端环境下锚的极限承载力。然而，量化的风险评估框架——如一次可靠度方法（FORM）和贝叶斯网络——很少被应用于评估特定环境条件下锚链断裂的年概率。针对这一空白，本研究采用耦合动力分析与三参数Weibull极端统计模型相结合的方法，系统地研究了锚链断裂风险，旨在为深水钻井作业的风险控制和应急预防措施提供定量依据。**章节摘要****平台系泊系统理论分析模型**半潜式平台系泊系统的耦合动力分析模型极其复杂，涉及流体力学、水动力学、海洋结构动力学以及有限元方法等多个方面[21-26]。因此，在进行水动力分析之前，有必要对半潜式系泊系统动力模型的基本参数进行理论分析和计算，为后续提供所需数据。**平台系泊系统锚链断裂风险分析**本节基于南海某区域的环境参数，分析计算了平台在不同工况下的漂移和锚链张力，确定了平台的平均漂移距离、最大漂移距离及各锚链的张力，并评估了该平台锚链断裂的风险。**分析结论**(1) 建立了深水半潜式钻井平台锚固系统的有限元分析模型。在操作条件下，平台的主要运动和系泊缆的受力均满足安全操作和恶劣环境中生存的要求，确保了平台钻井作业和海上生存的安全。(2) 通过分析平台漂移和锚链张力的最小安全系数……**资金支持**本工作得到国家自然科学基金的资助（批准号：52271300、52071337）。**作者贡献声明**王瑞：数据整理。王梦颖：数据整理。胡晓宇：形式分析。金彦新：形式分析。刘秀泉：资金获取、形式分析。**利益冲突声明**作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：无王瑞 | 王梦颖 | 胡晓宇 | 金彦新 | 刘秀泉