深水半潜平台结构响应研究

论文摘要

辽阔的海洋蕴藏着丰富的资源,随着世界油气需求的增加,海洋油气的开发从近海逐步向深水域和超深水域迈进。随着水深的增加,传统的导管架和重力式等平台由于自重和成本的大幅度增大而不适合深水开发,因此适于深海作业的深水平台成为了研究的热点。目前适用于深海油气开发的平台型式主要有:张力腿平台、Spar和半潜式平台。考虑投资成本、工作水深范围、井口数目、服务年限和工作地域等因素,半潜式平台将是满足我国南海海域油气开发的更佳选择。目前,半潜式平台已经发展到第六代,开展第六代深水半潜平台的研究不仅可以缩小我国与世界领先技术的差距,也是我国经济发展的必然要求。世界上各主要深水油田的海洋环境通常都较为恶劣,并且半潜式平台与一般航行船舶不同,在遇到恶劣海况时不能规避,因而在结构设计阶段必须要考虑其在生命期内可能要遭遇的极限海况。要具备足够的强度抵御“百年一遇”的恶劣海况,以保障平台上的人员以及设备的安全。本文是国家863计划“3000米水深半潜式钻井平台关键技术”子课题。针对目前第六代深水半潜平台的概念设计,进行平台在设计海况下的运动响应分析,重点分析平台在各方向波浪力作用下随波浪频率变化的运动响应,从而确定平台最不利的浪向及频率组合。确定平台最不利设计波参数后,分析平台整体结构在该工况下的整体结构变形及应力分布状况。本文阐述了半潜式平台波浪载荷预报和结构强度评估的分析方法和流程。首先分析了海洋石油开采向深海发展的必然趋势,介绍了国内外深海油气勘探开发现状。简单介绍了深海采油平台的主要类型及特点,较为详细地介绍了半潜平台特别是深水半潜平台的发展及其结构型式变化。采用挪威船级社(DNV)开发的SESAM软件对一深水半潜式钻井平台进行了实际数值分析。在波浪载荷计算中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。结构强度评估采用有限元分析方法,在获得平台主体结构的应力水平后。按照规范规定的应力衡准进行结构强度校核。本文较好的完成了课题要求,为我国南海深水油气田开发中的深海平台研究提供依据,具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 国内外深海油气开发状况
• 1.1.1 世界海洋石油向深水发展的趋势
• 1.1.2 国内深海油气勘测状况
• 1.2 深海平台的主要类型
• 1.2.1 张力腿平台TLP
• 1.2.2 单柱式平台Spar
• 1.2.3 浮式生产储油系统FPSO
• 1.2.4 半潜式平台Semi-submersible
• 1.3 深水半潜平台特点及研究状况
• 1.3.1 半潜平台发展综述
• 1.3.2 半潜平台结构特点
• 1.3.3 半潜平台的运动特点
• 1.3.4 世界深海平台技术研究热点
• 1.3.5 我国深海平台技术的研究现状
• 1.4 本论文研究背景及主要工作
• 1.4.1 论文研究背景
• 1.4.2 主要工作
• 2 基本原理及程序介绍
• 2.1 有限元方法
• 2.1.1 有限元法的要点
• 2.1.2 有限元法的发展及基本思想
• 2.2 有限元程序
• 2.2.1 一般有限元软件
• 2.2.2 SESAM软件简介
• 2.3 波浪载荷理论
• 2.3.1 艾里波理论
• 2.3.2 线性绕射理论
• 2.4 运动响应及总体评估概述
• 2.4.1 典型波浪工况
• 2.4.2 设计波参数计算
• 2.4.3 结构分析模型和载荷施加
• 2.4.4 位移边界条件
• 2.4.5 应力衡准
• 3 平台设计参数及环境载荷
• 3.1 环境载荷计算
• 3.1.1 风载荷
• 3.1.2 海流载荷
• 3.1.3 波浪载荷
• 3.2 南海深水半潜平台的结构模型
• 3.2.1 主体结构
• 3.2.2 上部结构
• 3.2.3 定位方式
• 3.2.4 基本尺度
• 3.3 数值模拟的有限元模型
• 4 深水半潜平台运动响应研究
• 4.1 目标平台波浪载荷预报
• 4.1.1 基本计算原理
• 4.1.2 传递函数
• 4.2 平台水动力分析
• 4.2.1 水动力模型
• 4.2.2 波向和频率
• 4.2.3 传递函数预报
• 5 平台结构总体强度分析
• 5.1 平台主体强度分析工况
• 5.2 平台主体强度分析的设计波法
• 5.3 平台主体强度分析
• 5.3.1 有限元模型
• 5.3.2 边界条件
• 5.3.3 强度分析结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢