锚
半潜式钻井平台的锚泊定位系统采用的锚一般为拖曳式大抓力锚。早期用得较多的有DANFORTH锚、LWT锚等。随着海洋工程的发展,新型的抓力更大的锚不断出现,诸如FLIPPER DELTA锚、BRUCE-TS锚、STEVPRIS系列锚等。与普通大抓力锚相比,这些锚的抓重比更大,如Stevpris MK6锚在淤泥中的抓重比可达约44,在中等硬度的粘土中抓重比可达约60,在硬土中可达约80。大抓重比拖曳锚的开发,推动了深水半潜式钻井平台锚泊定位的配套技术。图2为常用的几种大抓力锚形式。
锚索
深水半潜式钻井平台锚泊定位所采用的锚索都是组合形式,其形式主要可分为:钢丝绳一锚链组合系统、锚链一钢丝绳一锚链组合系统或者锚链一合成纤维索一锚链组合系统。国际上多数深水半潜式钻井平台采用锚索的多是锚链与钢丝绳组合的形式。锚索组成中的锚链、钢丝绳及合成纤维索特点如下:
(1)锚链锚链在海上作业中已显示出其经久耐用的特性,它在适度的刚性下具有较好弹性并且耐磨,在海床土质中摩擦系数最高,为保证和增加拖曳锚的抓力起到至关重要的作用。深水半潜式钻井平台通常采用R级高强度系泊锚链。随着锚链等级不断提高,早期的R3和R3S锚链通常用作锚头前的一段连接卧链,R4、R4S锚链在锚缆组合中使用最多。
(2)钢丝绳用于锚泊定位的钢丝绳典型结构形式如图3。海洋工程装置通常采用精炼梨钢(IPS)和高级精炼梨钢(EIPS)、单股钢丝绳芯((IWRC)的6股、8股圆股钢丝绳,这些钢丝绳受力时会产生扭矩。为达到防扭的目的,防扭转(螺旋股型和多股型)的钢丝绳得以应用,通过几层钢丝(或几束钢丝)反向缠绕,钢丝绳受力时不会产生很大的扭矩,因此对于永久式锚泊定位系统是很具吸引力的。
(3)合成纤维索由于缺乏长期使用的经历,合成纤维索一直没有被广泛应用于平台锚泊系统。高性能合成材料做成的各种锚索的认识尚处于研究阶段。近年来,已经有移动式钻井平台开始使用合成纤维索作为锚索。合成纤维索由于其自身在强度相当的前提下具有重量轻的优点,在防腐蚀方面国际上先进的合成索生产厂也有了有效的解决措施,随着进一步的研究和使用经历,有可能在将来得到广泛的应用。
锚机或绞车
锚机/绞车的用途是放出和回收链(缆)时控制其运动速度,锚泊时预紧和调节链(缆)张力。深水半潜式钻井平台的锚泊定位系统配备的锚机或锚绞车,需要综合考虑锚索的形式、抛/起锚方式及平台质量控制、布置空间等方面的要求,主要有卧式锚机、锚绞车及组合锚机。
卧式锚机通常为组合形式,有双联、三联和四联组合锚机,即两台、三台或四台锚机串联在一起,被同一套动力装置驱动。卧式锚机主要适用于链锚绞车为滚筒式锚绞车或牵引式绞车(或称摩擦滚筒绞车)的缆一链系统。
滚筒式锚绞车的滚筒表面设置钢丝绳槽以控制第一层钢丝绳的位置,且配置排缆器,其主要缺点是随着锚索直径及长度的增加,绞车的尺寸会非常大,同时各层钢丝绳的工作负荷、支持负荷和速度都是不同的,内层拉力大、速度慢,外层则相反。
牵引式绞车由两个平行的带槽滚筒组成,钢丝绳在两个滚筒上绕几圈(一般为6~8圈),钢丝绳与滚筒间的摩擦提供钢丝绳的拉力和支持力,而通过摩擦滚筒的钢丝绳贮存在专用的储绳卷车上,从而解决了滚筒式锚绞车因钢丝绳层次不同导致拉力和速度变化的问题。
导向轮
导向轮用于改变链(缆)的运动方向,根据锚索类型及所配置的锚机不同,可分为导链器、导缆器及导索器。导链器用于锚链;导缆器用于钢丝绳;导索器既能用于锚链又能用于钢丝绳 。