0 引 言

我国南海油气储量丰富，随着油气勘探开发水域日趋加深，对以半潜式平台为代表的移动式平台的需求逐渐增加。锚泊系统在深水半潜式平台定位和抗风浪等方面起着重要作用。尤其在我国南海海域环境恶劣，台风和内波等活动频繁，锚泊事故发生概率增加。一旦发生锚泊事故，就将影响平台的正常作业，造成巨大的经济损失。相对国外而言，我国在深水锚泊事故方面的研究记录不多，缺乏处理锚泊事故的经验。因此，有必要分析深水半潜式平台锚泊事故，并研究其应对策略，这对于保证平台安全作业具有十分重要的意义。

由于我国深水油气勘探开发年限较短，尚未建立完善的深水油气开发事故数据库，而国外在几十年的深水油气开发过程中对深水锚泊事故进行了系统的记录与分析，所以国外研究成果对我国深水锚泊事故防控研究具有良好的借鉴意义。通过调研发现，深水锚泊系统的主要事故类型包括锚索断开、走锚和制动系统失效等，引发锚泊事故的外因包括环境、人员、设备和管理等，其中易造成严重后果的外因包括台风和内波等。笔者对锚泊事故的主要类型和外部影响因素进行展开，详细讨论各类锚泊事故的失效模式和影响因素，提出有针对性的预防控制措施，以及台风和内波等外部因素的应对策略等，以期为提高我国深水锚泊作业管理能力和事故应急能力提供参考。

锚索断开是最典型、数量最多的锚泊系统失效类型。锚索的主要类型包括锚链、锚缆、纤维缆以及这些成分的组合^[1]。锚索断开的位置通常为锚索张力较大处和不同锚索类型连接处，其失效模式与多种因素有关，包括机械损伤、疲劳和磨损等。锚索断开会造成平台偏移，影响作业，甚至引发井喷等其他潜在事故。

2000年6月13日，在一场暴风雨中，靠近北海Snorre油田的“彼得福特·海豚”号钻井平台经历了3次锚索故障^[2]，事故造成平台从其目标位置被动漂移了250~300 m。事故原因为锚钩环疲劳与撕开断裂。

2010年12月1日，“Transocean Winner”平台在水深78 m的Norald水域工作时，一段锚链在距离导缆孔175 m处发生了断裂^[3]。事故原因是检查或维修不到位，锚链严重腐蚀，长期的疲劳载荷和产生的裂纹导致锚链突然断裂。

2011年9月1日，“Songa Dee”半潜式平台在Alvheim油田作业时，工作船上鲨鱼钳处锚链发生了断裂^[3]，并掉到海底。事故原因是起锚作业期间张力调整不正确，使绞车锚链张力高达4 600 kN。

2012年8月2日，“Transocean Spitsbergen”平台在Midgard油田作业时，导缆孔上方10 m处锚链断开^[3]。事故原因是锚链发生了疲劳失效。

按照断开的类型和位置，锚索断开包括锚链断开、锚缆断开、纤维缆断开和锚钩环故障等。常见的锚链失效模式^[4]包括：链环机械损伤、链挡丢失或松动、锚钩环失效、链环脆性断裂、腐蚀、磨损、裂纹、疲劳及外力破坏等。其中锚钩环或链环发生机械损伤为主要失效形式。常见的锚缆失效模式包括机械损伤、腐蚀、磨损及疲劳等。纤维缆抗机械作用能力弱，因此纤维缆最常见的失效模式为机械破坏。

锚钩环用于连接各段锚链，其故障的频率比锚链自身元件高^[2]。老旧锚链由于制造工艺落后，易遭受脆性断裂。锚链通过导缆孔的转弯处易诱发腐蚀或横档松动^[4]。锚缆缠绕时产生弯曲和打结，打结会严重降低锚缆强度。

锚索在载荷的长期累积作用下易发生疲劳破坏。相对于短期的临时系泊，长期在类似的水深环境中的锚泊系统疲劳问题更显著。导缆孔附近弯曲应力的存在也容易造成锚索的疲劳破坏。

此外，研究发现，锚索张力分布不均衡会导致锚索张力增加和疲劳寿命缩短^[4]。张力不均衡的原因包括张力表读数不准确、张力读取位置不正确以及导缆孔不能自由活动等。锚索张力分布不均衡增大锚索断开的可能性，同时锚索断开加剧张力分布不平衡，增大平台偏移，诱发其他潜在风险。

为减小锚索断开引起的平台偏移，配置动力定位系统的平台可启动动力定位系统，无动力定位系统的平台可通过调整锚索张力或利用工作船拖拉/顶靠平台进行平衡。锚索断开造成相邻锚索张力突增，为避免张力过大，通常需要放松失效锚索对角线上的锚索。

为降低锚钩环失效概率，应选择合适的锚钩环类型，并定期检查锚钩环状态。通常选用肯特型卸扣，尤其关注其疲劳破坏。为减少脆性断裂，应选用现代高强度锚链，严格控制锚链制造阶段的焊接过程及后续热处理过程。为减少纤维缆机械损伤，纤维缆通常与锚链和锚缆结合使用，并严格监控纤维缆状态。

减少锚索损伤最常规的方法是定期检验与维修。为保证锚索质量，需要跟踪记录每根锚索的生产、加工、维修和更换等信息。API RP 2I^[4]给出了锚索检查的方法，API RP 2SK^[1]推荐了锚链和锚缆重要检查周期。锚链的肉眼检查项目包括机械损伤、腐蚀、磨损、螺栓松动丢失和链环尺寸形状等。对于肉眼难以检查到的损伤(如裂缝)，需要卸开连接链环，喷水或喷砂清理表面，然后进行磁粉探伤检查(MPI)。锚缆的肉眼检查包括机械损伤、腐蚀、磨损、直径变化、扭曲打结和接头损坏等。锚缆检查方法与锚链大致相同。

DNV-OS－E301^[5]给出了锚索疲劳分析的一种推荐方法。疲劳分析需要循环张力的幅值和次数等数据，但是这些数据在现场很难直接获得，因此精确的疲劳分析比较困难，通常通过检查疲劳裂缝来降低疲劳发生概率。此外，为减少导缆孔附近由弯曲应力引起的锚索疲劳失效，应定期检查导缆孔的转动角度和自由活动程度。

为减少锚索张力不平衡现象，可优化布锚方案，并注意保持导缆孔自由活动。建议在作业间隙检查导缆孔，并定期进行锚索收放试验，在收放过程中观察导缆孔和锚索状态。通过比较收拉锚索和锁紧锚索时的锚索张力读数，也可判断导缆孔是否卡死。目前张力监测技术还不能准确地监测出锚索张力的不平衡问题，建议行业采用先进的监测技术、传感器和记录器来提高监测水平。过去一些观念希望在作业过程中通过调整锚索出缆长度控制锚索张力，但该操作影响现场作业效率，且在张力较大时调整锚索存在安全风险，因此作业过程中不建议调整锚索张力。如果需要调整锚索张力，应在保证作业安全的前提下由专门的工作人员实施。

若锚不能固定在恒定位置，在海底发生滑动即为走锚。走锚并不一定造成严重后果，但是会造成锚索张力重新分布。有时走锚有利，因为它使锚泊系统重新建立了新的平衡，减少了设备受损。但是如果锚滑动过多或完全丧失抓地能力，会导致相邻锚索张力增加，从而引发其他连锁事故。

2001年11月11日，挪威海Heidrun油田的“跨洋远景”号钻井平台2根锚走锚约50 m^[2]。事故中钻井平台使用质量12 t的锚，10 min内平均风速约为21 m/s，有效波高为13~14 m。

2002年12月24日，北海Grane油田的“Scarabeo 6”号钻井平台经历了走锚事件^[2]。走锚时形成的张力比试验张力高出约50%，导缆孔中的锚链出现破裂，最终隔水管脱离，钻井平台安然无恙。该平台导缆孔沟槽过少，造成锚索弯曲及破坏强度降低，因此极易引发锚索断开等连锁事故。事故中平台使用质量15 t的锚，10 min内平均风速约为22 m/s，有效波高为9.0~9.5 m。

以上2起走锚事故虽然最终没有造成严重的后果，但是存在加剧的风险，引发其他连锁事故，因此应提高重视程度，减少走锚事故的发生。

通常的走锚事故主要由恶劣的环境条件引起，此外，设备和人员因素也会导致走锚，具体原因^[6]分析如下：①环境载荷过大。载荷过大，锚抓力的大小和方向随着外力而发生改变，锚索动张力大于锚的承载能力时发生走锚。②平台偏荡。当外力较大时，由于锚链的约束作用，平台会产生周期性的偏荡运动，使锚链受到周期性的冲击张力，冲击力过大时锚被拖动，引起走锚。③抛锚不当。包括工作船后退速度不够或放链过快导致锚索拉力过小；底质太硬，锚爪不能深入土中；出链过短使锚不能正常抓地。此时稍有外力作用，便发生走锚。④载荷方向改变。载荷方向的改变会使锚索方向改变，从而拖动锚杆和锚爪转动，破坏原来锚的抓底姿势，造成锚的承载能力降低，引起走锚。⑤锚泊设备因素。包括锚泊设备老旧、锚的类型或尺寸选择不当等。⑥人为因素。包括管理措施不完善、未及时发现走锚前兆及维检修制度有缺陷等。

(1)适当提高锚索试验张力和锚的承载能力。

(2)开展土壤调查，提前计算海底土壤对锚的承载能力。

(3)更换锚的类型或尺寸，如选用尺寸更大、抓重比更大的锚等。

(4)若传统拖曳锚(浮锚)不再满足要求，考虑选用大抓力锚或增加串联锚。

(5)关注气象变化，在较大载荷来临或载荷方向改变前放松相应锚索，减小锚索动张力。

(6)规范抛锚流程，选择天气好的时间抛锚，选择合适的锚地，控制工作船速度和放链速度等。

(7)完善人员管理制度，定期检查维护锚泊系统，提高人员操作水平。

(8)灵活使用侧推器，以抵消走锚引起的张力不平衡。

当锚机刹车装置失灵时，即发生制动系统失效，这时锚索将以不受控的方式释放。制动系统失效原因包括人为操作错误、过度摩擦和刹车片松动等。制动系统失效与锚索断开类似，会导致平台偏移和张力分布不平衡，易引发其他事故。

2004年12月14日，挪威海Haltenbanken油田的“海洋前卫”号半潜式钻井平台2根锚链发生故障^[2]。2台锚机无法控制锚链，导致2根锚链以不可控的方式被释放，平台在3~5 min内漂移量达到160 m，平台发生7°~10°倾斜。在大约10 m巨浪作用下，2台锚机的刹车装置几乎同时失效，连接的带式制动器失灵。事故发生时平台附近风速为31 m/s，浪高15 m，钻井作业暂停。

由于刹车带已经破损，没有按照程序进行安装，棘爪制动机构失灵。平台的偏移导致钻井立管发生故障，张力系统破裂，海底的防喷器倾斜6°，锚机系统损坏，井口受损。立管已经连接到水下井口，事故发生时无法以足够快的速度断开，因此立管和井口都受到损坏，立管的升沉补偿系统也被破坏。从事故的后果分析可以看出，事故存在严重的隐患，如果平台在油气层钻进时发生类似的故障，甚至可能导致井喷事故的发生。

平台运营时间已经超过20 a，导致平台锚机制动功能和海底立管快速断开功能失效。挪威石油安全管理局调查得到的事故直接和间接原因^[2]如下：①带式制动器的抓力小于规定值；②制动器操作不正确；③缺乏如何操作备用制动器的知识，没有按照规定程序操作锚机；④缺乏如何使用锚机及何时断开锚机的知识;⑤锚机缺乏足够维护；⑥没有按照标准和程序断开立管；⑦操作员对于断开钻井立管缺乏足够的知识；⑧人员资质不够，锚链张力测量不够准确；⑨气象数据的测量和报告不充分；⑩操作员确保作业安全实施的职责执行不力。

大多数制动系统失效事故发生于锚泊操作过程中。因为在此期间，绞车处于启动状态，而制动器处于关闭状态，所以系统容易发生操作错误。但是其失效的根本原因是制动器发生故障和缺少维护。

(1)根据控制原理制定操作规程，严格按照操作规程进行操作；

(2)锚机所处环境比较复杂，因此需经常检查控制箱内各接触器、继电器动作程序是否正常，一旦发现，及时处理；

(3)经常检查各活动件是否灵活，必要时增加润滑脂；

(4)定期清洁各接触器触点，保持原形和光洁，防止启动制动系统失效；

(5)使用2个独立的制动系统，如果在锚索释放过程中发现制动系统失效，立即启动备用系统；

(6)注意锚机刹车片的维护与保养，发现存在松动等情况时及时进行调整；

(7)定期检查备用制动系统，确保其可靠性。

引发锚泊事故的因素很多，包括内部影响因素和外部影响因素。内部影响因素可通过检查和规范操作发现并控制。具体内容如上文所述，不再讨论。而外部影响因素通常具有偶发性和不可预见性，易造成严重的后果，上述针对特定失效类型的应对策略不再完全适用，因此识别锚泊事故的外部影响因素并制定相应的应对策略很有必要。

锚泊事故的外部影响因素^[7]包括环境、人员、设备和管理等。环境因素(包括台风、内波和冰载荷等)是造成锚泊事故的主要外部因素。人员影响因素包括平台操作人员的受培训程度、执行能力、工作经验、技术熟练程度以及人员的身体状态、精神状态和工作态度等。设备因素为其他设备损坏造成的连锁失效，锚泊系统与平台其他设备是一个整体，如果其他设备发生机械损伤、疲劳损伤或与锚泊设备发生碰撞等，易引发锚泊系统失效。管理因素包括管理混乱、组织规章制度和操作规程不健全、麻痹大意以及领导决策失误等。

在我国台风和内波是造成锚泊事故最多的环境因素。我国南海台风发生频率高、强度大，已成为影响平台锚泊安全的主要灾害。例如，2013年11月30日，NH2平台和NH5平台作业期间遭遇第29号台风“罗莎”，造成不同程度的平台移位、设备受损和工期损失。南海存在世界海洋中最强的孤立内波，其不易监测，易造成大的平台偏移。例如2014年4月，由于内波作用，NH8号平台出现过大偏移、2#锚走锚、隔水管张力绳断裂和琵琶头断裂等问题。

有时锚泊事故涉及到多种因素相互关联。例如，1980年3月27日半潜式住宿平台“亚历山大·基尔兰德”号在与导管架平台“埃科菲斯克·埃达”号架桥连接时发生倾覆^[2]。在强风但不是风暴中1根平台立柱受损，海水进入，当海水进入第2根立柱后发生倾覆。事故造成锚链断裂和平台沉没，123名员工遇难。经调查发现，可能在平台建造时已存在的一个焊接裂缝不断加剧导致了立柱受损，并且事故发生后并未开展及时有效的撤离和救援工作。该事故的发生涉及到环境(大风)、人员(未监测到裂缝)、设备(立柱受损)以及管理(撤离和救援不规范)等多种因素，各种因素共同作用酿成了这场惨剧。

为应对环境、人员、设备和管理等影响因素，需做好环境载荷的预报和分析工作，加强人员的培训管理，定期检查平台设备，制定完善的作业管理体系，同时控制各因素的演化和联系，关注细节因素，做到防微杜渐。

应重点关注典型的锚泊事故外部影响因素，例如台风和内波。操船手册中根据风暴中心距离平台远近的不同，划分了预警级别并制定了相应的应急策略^[8]。其中锚泊系统的调整包括提前进行锚泊系统的检修，平台减载进入自存状态后放松锚索等。其目的是减小锚索动张力，进而降低锚索受损概率。内波来临前采取的应对策略与台风类似，包括减载、检修和提前放松锚链等，但是内波的检测及预报技术不如台风成熟，因此在内波多发季节应提前做好内波突然到来的应急准备。

有时为减小某些外部因素的影响，可通过收放锚索控制平台位置，例如：为避开井喷等引起的火灾，释放平台背风向的锚索，使平台向井口上风向移动；抛锚作业不规范造成锚索张力过小和飞锚等事故时，为使平台位置不变，可暂时放松对角线锚索以保持张力平衡。需要注意的是，这些操作必须在操作手册中已经有明确的规定前提下，由受过培训的工作人员完成，否则不建议执行，以防造成不可预知的破坏。

(1)深水锚泊事故的失效类型包括锚索断开、走锚和制动系统失效等，其中锚索断开所占比例最大。分析了各类锚泊系统失效的失效模式、形成原因和影响因素，并提出有针对性的应对策略。为保证锚泊系统的功能和结构完整性，需定期进行检查、维修、清洁和更换锚索类型，制定详细而完善的维检修流程，规范作业人员操作，优化布锚方案，并根据实际情况进行必要的风险分析。

(2)深水锚泊事故的外部影响因素包括环境、人员、设备和管理等，其中环境是主要影响因素，在我国台风和内波是最典型的环境影响因素。部分外部影响因素具有突发性，易引发其他潜在事故，需要格外注意并制定应急策略。分析了各类外部影响因素对锚泊事故的影响方式，并给出台风和内波等典型外因的应对策略。

(3)我国油气勘探开发的深水发展战略必将推进国产深水锚泊系统的设计、制造与应用技术的发展。结合锚泊事故不同的失效类型，研究深水锚泊系统失效机理并提出有针对性的预防措施，可为我国深水油气开采的安全作业提供技术支持，并进一步为我国深水锚泊系统优化设计及风险分析提供参考。