我国南海深水油气资源丰富,近年来油气开发水域日趋加深,带动深水半潜式平台等深水装备需求不断增长。锚泊系统为深水半潜式平台提供定位功能,保证平台安全作业。我国南海海洋环境条件恶劣,尤其台风频发,极易造成锚泊系统失效事故。深水锚泊系统力学性能复杂,涉及到非线性动力学耦合问题,分析难度大。我国对深水锚泊系统的研究起步较晚,很多研究成果尚未与工程实际相结合。为进一步提高我国深水锚泊系统的作业安全性,十分有必要开展深水锚泊系统的相关研究。锚泊系统力学性能影响因素包括锚泊系统的类型、设备选型、系泊线成分、布锚方案、外部环境载荷等,其涉及的非线性问题包括材料非线性、几何非线性、载荷非线性、底效应等。为与工程实际相结合,本文以南海某深水半潜式钻井平台为例,结合某区块海域的海洋环境参数,对半潜式平台锚泊系统进行力学性能分析。平台漂移量和系泊线张力的校核要求参考API规范。针对锚泊系统的系泊线断开、走锚等弱点,对锚泊系统的极限承载能力进行评估,分析半潜式平台锚泊系统的失效机理并提出了相应的控制策略。结合现场对不同工况的作业要求,对深水半潜式平台锚泊系统性能的优化进行研究。主要研究成果包括:(1)作业工况深水半潜式平台锚泊系统力学性能分析。基于三维势流理论和莫里森方程,采用ANSYS-AQWA软件建立平台-隔水管-锚泊系统的耦合分析模型。分别采用准静定法、频域分析、时域分析等方法研究锚泊系统力学响应特性,包括:采用悬链线法分析锚泊系统系泊线受力及几何形态;利用AQWA-LINE模块进行频域分析,得到平台各个自由度的动力响应传递函数;利用AQWA-DRIFT模块进行时域分析,对比有无隔水管的模型的分析结果,认为可以忽略隔水管对分析的影响,分析特定工况下平台的漂移量和系泊线张力,并根据API规范要求进行校核,最后划分了特定作业工况下的作业窗口。(2)深水半潜式平台锚泊系统极限承载能力评估。分析了两种极限工况下锚泊系统的力学性能,发现第一种极限工况下锚泊系统不会发生系泊线断开,第二种极限工况下部分情况下安全系数不满足要求,系泊线发生断开。针对这两种极限工况,分析断开一根系泊线后的锚泊系统剩余承载能力,发现第一种极限工况断开一根系泊线后仍能满足安全要求,第二种极限工况下一根系泊线断开剩余系泊线会相继发生断开,因此研究了系泊线相继断开的失效机制。根据走锚发生的机理及多组分悬链线方程,推导出判断走锚的公式,结合AQWA和人工计算,实现锚泊系统走锚的时域分析,并结合特定工况进行实例分析。(3)深水半潜式平台锚泊系统性能优化研究。利用正交分析研究各影响因素对平台漂移量和系泊线张力的影响程度及敏感性,结合实际情况,认为通过调节预张力优化锚泊系统力学性能是可靠而有效的。比较不同预张力不同工况下锚泊系统的平台漂移量和系泊线最小安全系数,得到作业工况下不同预张力下的作业窗口,通过比较优选作业工况的预张力。比较极限工况不同预张力下系泊线最小安全系数,通过比较优选极限工况的最优预张力。(4)深水半潜式平台锚泊系统失效机理与控制策略研究。针对系泊线断开、走锚、制动系统失效等几种常见的锚泊系统失效类型进行调研,总结其失效的原因、机制、风险因素等,并提出相应的预防、控制、应对的策略。分析环境、人员、设备、管理等典型外部因素造成锚泊事故,总结其影响机制和控制策略。