[发明专利]一种锚泊系统分析方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，涉及一种锚泊系统分析方法和装置。

背景技术

目前，随着海洋油气开发向深水和超深水区域发展，用于定位海上浮式钻井及生产平台的复杂锚泊系统的重要性也不断增加。复杂锚泊系统包括沿锚泊缆不同部位分布的若干浮子、沉子等附加结构。另外，在深水锚泊系统设计阶段进行的模型实验中，因为造波池深度限制，通常需要使用等效浅水锚泊系统模型对深水原型进行模拟。

现有技术中，为了对锚泊系统进行分析，会先设置一个锚泊系统模型，在锚泊系统模型中，假设锚线划分成若干段，每一段锚线具有均匀属性，如材料、直径、单位长度重量等；沉子与浮子只可能附加在各分段的端点，锚线只受重力、浮力、海底支撑以及锚和位于浮子平台的悬挂点拉力，且静力平衡，忽略水流动态拖曳力、锚线惯性力和海底摩擦力。在这种假设条件下，每一段锚线的受力与形态可以用悬链线方程描述，而整根锚泊线上需要各段悬链线方程联立，而每个悬链线方程都是非线性的，求解过程是需要通过数值计算方法迭代，比如：采用极大重量、极小长度分段的近似方法。所以锚泊系统分析方法的求解过程会先预设躺底段长度和锚泊线水平张力，求得一个悬挂点位置，然后迭代计算锚线的躺底长度和水平张力，直至计算所得悬挂点位置与目标位置足够接近则求解完成。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的锚泊系统模型并未考虑锚线包含多段不同性质的缆线，缆线有拉伸变形以及存在一个或多个沉子或浮子等复杂情况，导致通过锚泊系统模型的适用范围较小且与真实锚线状态有较大差距。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种锚泊系统分析方法和装置，以提高锚泊系统模型的适用范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种锚泊系统分析方法，包括：

获取各锚线分段的长度、沉子和浮子的数量以及所述沉子和所述浮子在锚线中的排列顺序、所述沉子的属性信息、锚点位置信息、悬挂点位置信息和锚线最小断裂拉力；其中，所述锚线分段包括：锚点与相邻沉子之间的锚线、两相邻沉子之间的锚线和相邻的沉子和浮子之间的锚线，所述沉子的属性信息包括：沉子的重量；

根据所述沉子和所述浮子的数量以及所述沉子和所述浮子在所述锚线中的排列顺序，确定所述锚点与第一个浮子之间的沉子数量，并根据所述沉子数量确定所述锚泊系统的分析求解区域数量；

根据锚线触底点所在位置，分别确定各分析求解区域内锚线的锚点到触底点的长度、触底点海底支承力和锚线水平张力的取值范围；

根据确定的各所述分析求解区域内锚线的锚点到触底点的长度、触底点海底支承力和锚线水平张力的取值范围，确定各所述分析求解区域所包括的悬挂点坐标集合；

根据所述悬挂点位置信息，确定悬挂点位于的分析求解区域；

计算所述悬挂点所在锚线分段两端的张力垂直分量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：根据锚线触底点所在位置，分别确定各分析求解区域内锚线的锚点到触底点的长度、触底点海底支承力和锚线水平张力的取值范围，包括：

当分析求解区域内所述触底点位于沉子时，所述分析求解区域内的所述锚点到所述触底点的长度为锚点到所述沉子的锚线长度、所述触底点海底支承力的取值范围在0与所述沉子重量之间以及所述锚线水平张力的取值范围在0与二倍的所述锚线最小断裂拉力之间；

当分析求解区域内所述触底点位于锚线上的各所述锚线分段时，所述分析求解区域内的所述锚点到所述触底点的长度的取值范围在0与所述触底点所在锚线分段的长度之间、所述触底点海底支承力的取值为0以及所述锚线水平张力的取值范围在0与2倍的所述锚线最小断裂拉力之间；

当分析求解区域内无触底点时，所述分析求解区域内的所述锚点到所述触底点的长度为0、所述触底点海底支承力的取值范围在负二倍的所述锚线最小断裂拉力与0之间以及所述锚线水平张力的取值范围在0与2倍的所述锚线最小断裂拉力之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：计算所述悬挂点所在各所述锚线分段两端的张力垂直分量，包括：

判断所述悬挂点所在分析求解区域中触底点海底支承力是否为0；

如果是，则通过所述悬挂点位置信息中记录的悬挂点坐标，计算所述悬挂点所在分析求解区域中锚线的锚点到触底点的长度和锚线水平张力；

如果否，则通过所述悬挂点位置信息中记录的悬挂点坐标，计算所述悬挂点所在分析求解区域中触底点海底支承力和锚线水平张力；