深水半潜式平台系泊系统耦合动力响应研究

论文摘要

随着世界油气需求量的增加,海底油气的开采已经向1500米以上的超深水域发展。深水半潜式平台因为具有相对总投资小,甲板空间和甲板可变载荷大,抗风浪能力强,适应水深范围广,作业功能全面等优点,在深水油气开发中得到广泛应用。深水半潜式平台通过系泊系统长期系留于恶劣的海洋环境中,因此,为保证平台的正常作业以及自存状态的安全性,准确确定其在海洋环境载荷作用下的运动响应及其系泊缆张力响应显得十分重要。本文以某第六代深水半潜式钻井平台为研究对象,基于三维势流理论,应用水动力分析软件AQWA研究了深水半潜式平台在规则波中的水动力性能,包括附加质量,阻尼,运动和受力响应传递函数等,为后续平台在随机不规则波浪中的响应分析提供基础。根据API RP 2SM规范,对该平台的系泊系统进行初步设计,采用8根缆对称布置的张紧式系泊,每根缆索由3部分组成,钢链,聚酯绳和钢链。将系泊缆模拟成考虑惯性力与拖曳力的水动力模型,使其具有非线性动态特性,并且耦合半潜式平台的运动,通过时域耦合动力分析方法,计算了平台在自存环境作用下平台运动和系泊缆动张力响应。从系泊缆强度和定位能力两个方面对初步设计方案进行评估。在初步方案的基础上,分析系泊缆流体动力系数、系泊缆张力倾角、系泊缆预张力、系泊缆布置角度、系泊缆数目等对平台系泊性能的影响。结果表明,不同的系泊参数对系泊系统性能都有不同程度的影响,合理的选取系泊参数能有效控制平台的运动响应和系泊缆动力效应。最后,通过增加张力倾角和减小预张力对初步设计方案进行优化,评估结果显示优化过的系泊系统明显提高了系泊性能,并满足系泊要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 深水半潜式平台系泊方式简介
• 1.3 深水半潜平台的水动力性能研究概况
• 1.4 系泊缆索计算方法研究概况
• 1.5 系泊系统耦合分析
• 1.6 本论文主要工作
• 2 深水半潜式平台波浪力与运动响应分析理论
• 2.1 线性运动理论
• 2.2 三维势流理论
• 2.2.1 速度势及其定解条件
• 2.2.2 浮体在规则波作用下的线性运动微分方程
• 2.3 三维布源法的格林函数解法
• 2.3.1 格林函数法
• 2.3.2 阻尼系数、附加质量和绕射力计算
• 2.4 AQWA软件简介
• 2.4.1 AQWA集成系统
• 2.4.2 AQWA技术特点
• 2.5 本章小结
• 3 深水半潜式平台水动力分析
• 3.1 平台基本尺度及工况参数
• 3.2 水动力模型
• 3.3 附加质量和阻尼
• 3.4 波浪力和运动响应传递函数
• 3.5 平台在规则波中的水动压力
• 3.6 本章小结
• 4 深水半潜式平台系泊系统分析
• 4.1 系泊系统分析方法
• 4.1.1 静力分析
• 4.1.2 动力分析
• 4.1.3 系泊系统耦合动力分析
• 4.2 系泊系统的设计准则
• 4.3 深水半潜式平台系泊系统实例分析
• 4.3.1 海洋环境条件
• 4.3.2 平台与平台系泊系统参数
• 4.3.3 时域耦合动力分析
• 4.3.4 计算结果
• 4.4 本章小结
• 5 深水半潜平台张紧式系泊系统性能研究
• 5.1 系泊缆流体动力系数的影响
• 5.2 系泊缆张力倾角的影响
• 5.3 系泊缆预张力影响
• 5.4 系泊缆布置角度影响
• 5.5 系泊缆数目影响
• 5.6 系泊系统优化方案
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢