吸力锚锚泊系统安装与服役性状研究
谈海上设施吸力锚安装工艺
海上 固 定设施 如 导 管架 、水 下基 盘 、定位 桩等 一般 采 用打 桩 的形式 定 位 或采 用水 下 群桩 来 固定 。一 种新 颖 、便捷 、整 体安 装 的方法 与之 截 然不 同， 就是 吸力锚 安装 法。本 人做 为船级 社验船 师参加 了旅大 Ｉ 期 ３— Ｏ 那 Ｉ ２ ２Ｍ Ｐ 系缆平 台 的施工 检验 ， 幸接 触到 了整 个 吸力锚 的安 装过 程 。现介 绍如 下 ： 有 １项 目介 绍 Ｍ Ｐ系缆平 台是 为穿梭 油轮靠 泊 Ｐ Ｐ 台系 泊而设 计 的， Ｏ Ｓ平 东、西各 一 个 平 台 。分别 以栈 桥与 Ｐ Ｐ 台相连 接， Ｓ平 栈桥 长度 ３ ｍ 其安装 形式 与普通 导管 ４． 架 不 同。它采取 水下 结构与 上部平 台整体 预制 、整体 吊装 、海 上整 体安装 的 方 式 进行 。海上 整 体 安装 方 式 采用 了所谓 的吸 力锚 固定 。 ２原理 锚筒进 入 泥面 达到 密封 条件 《 低入 泥深 度 １ ５ 》后 ， 用泵 阀系 统 最 ．Ｍ 利 采 取筒 内抽真 空形成 负压， 外 由于海 水 、大气 的作 用形成 正压， 筒 从而 产生筒 体 内外 压力差 。该 压差 迫使锚 筒产 生贯 入泥 面的 作用 力， 从而使 筒体 贯入至 设 计深度 。
科 学 论 坛
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Ｃａｉｅｄｃ ｌ ｉ ｈ ｅ ｈｏＲｅ ｉＳｎａＴｎｇｅｗ ｎＣｃｎｅｏｙｖ
谈海上设施吸 力锚安装工艺
潘学 光
（ 中国船级 社青 岛分社 山东青 岛 ２６ ７ ） ６０ １ ［ 摘 要］ 吸力 锚安 装 是一种 与 固定 设施 打桩 定位 截然 不 同的方 法， 迄今 国 内很 少 单位 能设 计 、施 工 。本文 详细 介绍 了吸 力锚 安装 的工 艺过 程及 出现 的 问题和 应对 措施 ， 希望 能借助 本文 对 参与 该种 项 目的单 位及 人 员有所 帮助 。 ［ 关键 词］ 吸力锚 筒 筒体 压 桩机 中图 分类号 ： ４ ５ ５ Ｕ ４． ８ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９ ９ ４ （０ ０ １ ０ ４ ０ １ ０ １ Ｘ ２ １ ） 卜０ ８ — ｌ
基于Unity 3D的吸力锚安装工艺虚拟仿真系统
2021年2期科技创新与应用Technology Innovation and Application工艺创新基于Unity3D的吸力锚安装工艺虚拟仿真系统*柳依何，顾继俊*（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249）引言近年来，随着海洋油气资源的探索需求日益增加，吸力锚作为一种新型海洋平台的锚固基础，凭借其施工简便、可反复循环使用、施工周期短等优势，在海上风力电机、海洋石油钻井平台以及浮桶定位等海洋工程结构物中被广泛应用[1]。
由于吸力锚造价昂贵、施工环境特殊，需对工程技术人员进行专门的操作培训，传统培训方式受到设备紧缺、作业环境偏远复杂等因素的限制，导致吸力锚施工人员的培养受到限制。
针对传统培训方式所存在的诸多问题，对吸力锚安装工艺进行研究，采用虚拟现实技术设计并开发出一套能够模拟海洋环境中吸力锚的施工过程的仿真系统。
虚拟现实技术已被大量应用于工业领域的培训当中，并取得了良好的效果。
虚拟现实技术作为仿真技术的一个重要组成部分，由计算机图形学、计算机仿真技术、人机交互技术、多媒体信息处理技术、信息传感技术等多种技术有机融合，是一种依靠计算机网络与信息传感处理而进行运算的交叉性虚拟技术[2]。
基于虚拟现实技术，美国纽约州立大学Ankur Baheti等[3]开发了一套双手6DoF 虚拟现实培训系统，通过DVSS系统成功获取各种腹腔镜手术所需的基本技能。
美国纽约哥伦比亚大学Baihan Lin[4]等提出了一种新的虚拟现实环境中的交互模式，此技术可应用于各直播应用、增强和虚拟现实设置，以提供交互式和沉浸式用户体验。
澳大利亚格拉兹技术大学Matthias Eder[5]等开发了一套用于学习型工厂工作环境的培训系统，并应用于格拉兹技术大学的培训课程中。
本文对吸力锚安装工艺过程进行了详细研究，并基于Unity3D开发了一套海洋环境中吸力锚施工过程的仿真系统，该系统能够为工程技术人员提供一个高沉浸感、交互性更强的虚拟仿真平台、结合硬件设备能够进行逼真的吸力锚施工过程操作教学和培训。
吸力锚沉贯过程浅析
吸力锚沉贯过程浅析作者：刘耀江刘作榆方霖陈晓东孙首阳来源：《中国新技术新产品》2016年第02期摘要：本文简要阐述了吸力锚的海上安装过程，浅析了吸力锚沉贯吸力过程中所需的吸力以及沉贯时的海床阻力计算方法，对吸力沉贯过程中出现的土涌现象做了简要分析，并给出可行的应对方案。
关键词：吸力锚；土塞沉贯；阻力最大；容许吸力最小；需求吸力中图分类号：U653 文献标识码：A1 吸力锚的安装过程在吸力锚海上安装时，通过船用吊机将其下放至海床，让吸力锚在其自身重量与海水压力的作用下，克服海床阻力贯入到一定深度，此时关闭吸力锚的排水口，使得吸力锚内部形成密闭条件；然后潜水泵连续不间断的向外抽水以至于吸力锚内部的压力变低，当内外压差所产生的贯入力超过海床对吸力锚的阻力时，吸力锚可以继续贯入；保持潜水泵持续不断的抽水，让吸力锚连续沉贯，直至吸力锚完全贯入海床；此时，卸掉潜水泵，使得吸力锚内外压差回复平衡，吸力锚安装完成。
吸力锚的安装包括两个阶段：①吸力锚自重和外部海水压力作为沉贯力的重力贯入阶段；②此外由于潜水泵连续抽水所导致的吸力锚内、外压差作为额外贯入力的吸力沉贯阶段。
其中，吸力沉贯阶段历来就是研究重点，也是吸力锚区别于其他锚泊形式的最重要特点之一。
在吸力沉贯时，一方面需要避免吸力锚内部的土体隆起量过大，形成土涌从而提前与吸力锚顶部内表面接触，无法达到吸力锚的设计沉贯深度，另一方面则需要提供足够大的贯入力以克服海床阻力。
2 吸力锚的沉贯过程计算分析吸力锚贯入可行性分析：（1）海床贯入阻力贯入阻力可由以下公式计算：贯入阻力等于侧阻和端阻之和。
式中：V′—垂直载荷；ha0su1（πD0）—外部粘附力；haisu1 （πDi）—内部粘附力：（γ′h+su2Nc）（πDt）—（板眼）环上的端轴承力：Awall—吸力锚桶壁面积：Atip—吸力锚桶壁顶部面积；α—剪切强度系数（正常情况下与土体灵敏度成反比）；—吸力锚贯入深度的平均单向直接剪切强度；—在吸力锚桶壁顶部的平均不排水剪切强度；γ′—土体的有效单位重量；Nc—吸力锚桶壁剪切状态下的承载力系数：Z—吸力锚贯入深度。
深海井口吸力锚安装分析与实践
第50卷第5期2023年9月Vol. 50 No. 5Sep. 2023：109-115钻探工程Drilling Engineering深海井口吸力锚安装分析与实践韩泽龙1，宋刚1，牛庆磊1，邵玉涛1，崔淑英1，朱嵘华2，李博3，陈根龙*1（1.中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000； 2.浙江大学海洋学院，浙江舟山 316021；3.广州海洋地质调查局，广东广州 511458）摘要：第二轮海域天然气水合物试采在神狐海域首次应用了深海井口吸力锚技术，为浅软地层水平井开采水合物提供了稳定的井口支撑。
通过理论计算及有限元分析对吸力锚沉贯过程中的自重沉贯深度以及需求负压进行研究，同时现场采用“步渐间歇式自重贯入、拖拽连续负压沉贯”施工工艺，保障了国产首个深海井口吸力锚成功安装。
现场实践结果表明，理论计算结果与实际施工情况较为接近，理论分析可指导井口吸力锚安装；沉贯施工工艺快速、高效、安全，井口吸力锚安装的各项指标满足使用需求，对吸力锚技术在深海油气领域应用具有借鉴意义。
关键词：深海井口吸力锚；海域天然气水合物试采；自重贯入；负压沉贯中图分类号：P634；TE52 文献标识码：A 文章编号：2096-9686（2023）05-0109-07Analysis and practice of wellhead suction anchor installation in deep seaHAN Zelong1，SONG Gang1，NIU Qinglei1，SHAO Yutao1，CUI Shuying1，ZHU Ronghua2，LI Bo3，CHEN Genlong*1(1. Institute of Exploration Techniques, CAGS, Langfang Hebei 065000, China；2. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan Zhejiang 316021, China；3. Guangzhou Marine Geological Survey, CGS, Guangzhou Guangdong 511458, China)Abstract：During the second gas hydrate trial production test，the deep‑sea wellhead suction anchor technology was firstly applied in the Shenhu sea area， which provids stable wellhead support for horizontal gas hydrate production wells in shallow soft formations. Through the theoretical calculation and finite element analysis， the self‑weight penetration depth and negative pressure demand in the process of suction anchor penetration are studied. At the same time，the construction technology of “step‑by‑step intermittent self‑weight penetration，dragging and continuous negative pressure sinking”was adopted in site，which ensured the successful installation of the first domestically produced deep‑sea wellhead suction anchor. The field practice results show that the theoretical calculation results are close to the actual construction situation， and the theoretical analysis can guide the installation of suction anchors at the wellhead. In addition， the penetration construction technology is featured of fast， efficient and safe. The indicators of the wellhead suction anchor installation reached the usage demand. It has referential value for the application of suction anchor technology in the fields of deep‑sea oil and gas.Key words：deep‑sea wellhead suction anchor; marine gas hydrate production test; self weight penetration; suction penetration收稿日期：2023-04-20；修回日期：2023-06-29 DOI：10.12143/j.ztgc.2023.05.016基金项目：广东省科技厅项目“海域天然气水合物随钻测井和钻采井口稳定关键技术及装备研发”（编号：2020B1111030003）；广东省重点领域研发计划项目“海上风电吸力筒导管架基础高效多体联动沉贯装备研制与产业化”（编号2021B0707030001）；中国地质调查局地质调查项目“神狐海域天然气水合物先导试验区试采实施”（编号DD20190227）、“QDN海域天然气水合物先导”（编号DD20211349）、“深海钻探工程关键技术支撑”（编号DD20221721）第一作者：韩泽龙，男，汉族，1993年生，工程师，石油与天然气工程专业，硕士，长期从事海洋钻探技术研究工作，河北省廊坊市金光道77号，****************。
27024459_深水大型吸力锚建造技术研究
转胎进行筒体环缝 焊 接,在 全 部 接 长 后 整 体 直 立 完
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吸力锚基础分为 顶 部 结 构 和 筒 体 两 部 分 (见 图
2)。根 据 使 用 功 能 不 同,可 以 分 为 系 泊 用 吸 力 锚
(见图 3)和设备支撑用吸力锚(见图 4),这 2 种类型
吸力锚的 部 件 组 成 略 有 不 同。 系 泊 用 吸 力 锚 的 顶
部结构一般 包 括 吊 耳、舱 盖、抽 水 装 置 界 面、阳 极、
前锦排版
四校样(Z6 交大 220200)
开本净尺寸: 210mm×285mm
吸力锚与桩锚在深水浮式平台系泊系统中的应用探讨
ROV#2启动吸力泵，下沉吸力锚，同时ROV#1移除在吸力
锚顶部的索具。9）贯
入过程ROV#2关注吸
力泵面板上压差数据
和 牛 眼 ，ROV#1 在 一
侧观察吸力桩入泥的
深度。10）吸力锚持续
贯 入 到 目 标 深 度 ，完
成吸力锚安装。确认
吸力锚的位置、垂直
度处于可控的允许误 差范围之内。
图6 吸力锚水下贯入示意图
拔接头），然后吊机继续下放吸力锚至30 m水深处。记录
吊装过程中吊机载荷。5）ROV对吸力锚的状态进行检查。
主要包括吸力锚吊装索具、吸力泵锁销和阀门的状态、吸
力锚初始倾斜度和锚头链状态的检查。6）吸力锚缓慢下
放，调整与就位。吊机继续下放吸力锚至距海床30 m的区
域，调整船位将吸力锚移至安装区域上方，并开启吊机的
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圆园21 年第 7 期 网址： 电ECHANICAL ENGINEER
图7 半潜平台系泊系统平面布置图
3.2 桩锚的 安装 3.2.1 陵 水 17-2项目介 绍
陵水 17-2气田采 用半潜式浮 式生产平 台，采用4伊4 张紧式系泊 系统，共有 16根“链+聚
吸力泵作为吸力锚安装过程的关键设备，该设备分
为ROV携带式和泵撬块型水面控制式等2种类型。
1）ROV携带式系统。深水模式安装吸力锚通常选用 ROV携带式吸力泵系统[4]，同时考虑压力和流量这2个主
网址： 电邮：hrbengineer@ 圆园21 年第 7 期
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机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
要技术参数，其中吸力泵的最大压力一般要达到吸力锚
设计贯入压力的2倍；而吸力泵流量要满足设计推荐值，
吸力锚技术在钻井作业中的应用前景
77吸力锚是近20年来广泛应用于海洋工程并具有较好发展前景的基础形式，根据吸力锚桶形结构特点，主要用于船舶系泊、海洋结构物基础支撑、风电基础安装等领域。
20世纪80年代北海Gorm油田首次成功应用链式锚腿系泊装置；90年代中旬Europe16/11吸力锚导管架平台和Sleipner Vest平台安装成功，则宣告吸力锚在海上石油平台的使用完全成功。
20世纪90年代我国开始应用吸力锚技术，1994年CFD1-6-1油田首次成功安装吸力锚作为延长系统的油轮系泊锚，1999年JZ9-3海域成功安装多桶吸力锚平台，国内的吸力桩主要作为提供承载力的基础。
1 吸力锚原理吸力锚英文名称又叫做CAN（CONDUCTOR ANCHOR NODE），在实际工程中应用最多的吸力锚采用一种上端封闭、下端开口的钢质桶形结构。
锚简侧壁材料为钢材，顶盖一般为钢材或钢筋混凝土材料，锚简顶盖留有抽水孔以连接抽水管路。
作为构筑物基础的吸力锚一般由1个或多个锚简组成（图1）。
施工阶段吸力锚首先在自重作用下沉入海底一定深度，形成了锚简内水的封闭状态。
然后借助于设置在顶部的泵系统向外抽吸锚简内的水，使同一时间内抽出的水量大于从底部渗入的水量，在封闭的简体内形成负压。
当简内外负压差足够大，以至于产生的向下的推力能够克服下沉阻力时，锚体就不断被压入土中，直到达到预定的深度。
图1 吸力锚示意图沉放到位后，泵停止抽吸，桶内的负压随之逐渐消失，最终恢复到周围环境的压力。
锚体依靠内外侧壁的摩擦阻力以及土壤的吸附力等提供一定能力的承载力。
这种独特的安装井口的方法可以用更轻便的船或设施就可以进行安装，比较方便。
但是对井口周围的土壤强度和性质有一定的要求，要能够承受住吸力锚的重量（图2）。
吸力锚技术在钻井作业中的应用前景分析宋子扬中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 广东 深圳 518000 摘要：吸力锚是近20年来广泛应用于海洋工程并具有较好发展前景的基础形式，根据吸力锚的结构特点，在勘探开发领域，现有吸力锚类型主要有“基本型“吸力锚和“带单导管型”吸力锚。
CH113吸力贯入式板锚
吸力贯入式板锚的设计与性能摘要这篇论文展示了西澳大利亚大学过去五年所做的关于优化埋入式板锚的设计和性能的研究。
从物理模拟，塑性分析和数值建模的角度展示了的锚的性能的基本特征，几何结构，切向偏心和锚眼偏心相关，以及翼板转动的设计。
切向偏心导致的埋深损失的降低（有益）和承载力的减小（有害）的组合效应，以及现在低效的翼板的转动上拔将会是这篇论文主要的着眼点。
优化后锚的设计应满足以下条件（i）在转动上拔过程中限制埋置损失，（ii）使转动上拔结束后承载力达到最大值，（iii）在系缆上加载荷的情况下使锚能够切入更坚硬的粘土中。
这些结论可以外推至其他锚的设计，例如动力贯入锚，其特点是性能受眼板的位置影响。
1 简介吸力贯入式板锚是用于将大型漂浮设备系泊于海底软土而发明的一种高效经济的锚泊系统。
其组成部分有一个薄细锚爪，将锚爪连接至锚眼（即载荷中心）的锚杆，以及铰接于锚爪顶端的可转动翼板（图1）。
吸力沉箱是用来将板锚安装至其设计埋深的。
在2004年以前，吸力贯入式板锚的现场应用只限于模块化平台的临时锚泊。
其第一次永久使用是在2006年时用来锚泊墨西哥海湾的一座浮式采油平台。
Figure 1.S chematic of a SEPLA with main notations.安装就位后，板锚必须从其初始的垂直位置转动上拔（旋转）至与系缆力相正交的倾斜位置，以此来获得最大的投影面积和承载力。
这可以通过张紧锚链及在锚上加上其最大载荷的20-30%做到。
在转动上拔过程中，锚将做垂直运动，导致其埋深降低。
对于一般情况下不排水抗剪强度随深度增加而增大的正常固结粘土来说，任意埋深的损失将会导致板锚的抗拔承载力减小。
而可转动的翼板原本就是为限制板锚的埋深的降低以及与之相关的抗拔承载力的减小而设计的。
首次使用了离心模拟实验并做了大变形有限元分析后，吸力贯入式板锚的转动上拔过，锚程被进行了广泛研究。
早先的研究结果将埋深损失的降低归因于板锚的法向偏心距en的质量W’以及锚眼处的拉力倾角θ这使在软质粘土中受竖向载荷时埋深损失为锚体宽度A。
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吸力锚锚泊系统安装与服役性状研究
我国南海海域的平均水深超过1000米,其蕴含资源丰富,属于世界四大海洋油气聚集中心之一。
随着我国油气资源的开采逐渐步入南海深水区,对于海上采油平台的深水锚泊系统提出了更高的要求。
基于降低造价及安装费用和实现高效系泊的考量,深水系泊逐渐抛弃了传统的悬链线式锚泊系统,而是采用了多成分锚泊线(钢链、金属索和合成纤维绳等)的张紧或半张紧式锚泊系统。
此时,作用在锚体上荷载的角度一般超过海床水平面30°以上,因此能够提供较大竖向荷载的吸力锚基础逐渐得以广泛应用。
吸力锚基础的设计、施工及承载机理方面的研究涉及到海洋工程与岩土工程的交叉领域,许多问题仍亟待解决。
吸力锚基础特殊的吸力安装方式、安装结束后的set-up效应(土体再固结和触变)、锚泊线的预张和服役阶段的响应、吸力锚的承载力特性和失效模式等问题,涵盖了从吸力锚安装到服役的整个过程,具有重要的科学意义和研究价值。
因此,本文针对这些问题,分别从理论分析,数值计算和模型试验等方面进行了细致的研究和探讨,具体的工作包括了以下内容：1.利用自行设计并搭建室内模型试验平台依次进行了吸力锚在粘土中的匀速沉贯试验,安装后的set-up过程观测和竖向拉拔试验,对沉贯过程中的初始入泥深度、海床阻力、内部吸力和土塞发展等关键因素进行了深入的分析,基于API规范探讨了需求吸力和容许吸力对于维持沉贯和控制内部土塞发展的意义,并研究了在粘土中吸力锚沉贯时采用间歇式吸力的优势和适用性；针对模型锚安装到位后其周围土体中的超孔隙水压力的消散过程进行了观测,进而评估set-up效应对模型锚竖向拉拔承载力的影响,并探讨了吸力锚在竖向拉拔至失效过程中的受力机理。
2.建立了一种基于
坐标轴划分微元段的锚泊线整体分析准静力数值模型,考虑水中悬张段和切入海床段,计算锚泊线在预张过程中的整体形态与张力分布；在此基础上进一步开发了适用于锚泊线服役状态分析的三维空间内的准静力模型。
数值计算涵盖了吸力锚基础安装完毕后,从锚泊线的预张过程开始,到其进入服役阶段为止的整个过程,针对在此期间锚泊线-海床的接触问题做了深入的探讨与分析,得到了单根锚泊线在预张和服役时的整体形态与张力变化,最后计算了典型吸力锚基础锚泊系统(包含8根锚泊线)中的上部浮体偏移量与水平回复力的关系曲线。
3.针对进入服役阶段后张紧或半张紧式系泊系统中的吸力锚基础的承载力和失效模式展开试验研究,分析了其在最优加载点附近承受典型30°～50°提升角的张力加载时的侧向短期静承载力与失效模式的转变,并重点探讨了前期一系列低频(0.01HZ)至波频(0.1HZ)范围内的循环加载历程对其侧向短期静承载力和失效模式的影响,其中分别对循环荷载幅值、周期和加载次数的影响进行了参数化研究。