深水半潜式钻井平台系泊系统方案设计与分析

论文摘要

系泊系统是保证海洋平台在海上进行正常的生产作业的重要设备,随着我国对南海油气资源开发向更深的海域进军,对采用聚酯缆等新材料的张紧式系泊系统进行深入系统的研究日益迫切。本文对南海环境条件下的深水半潜式钻井平台的系泊系统进行了系统的设计分析研究,主要内容包括以下几方面:对选定的一个第五代半潜式钻井平台进行了水动力分析,得到了该平台的水动力特性;在2500米作业水深下,对采用聚酯缆绳的系泊系统和平台进行了静力分析和时域耦合动力分析,得到了平台运动位移和系泊线张力的时历响应曲线;在四种不同的作业水深下,对采用不同的系泊线材料(钢缆、聚酯缆和高模聚酯缆)的系泊系统,从系泊系统的强度和定位能力两个方面进行了对比分析;对影响系泊系统的强度和定位能力的几个参数(顶部张角,顶部预张力和轴向刚度)进行了分析研究。分析结果表明:对于1500米到3000米的深水半潜式钻井平台,从系泊系统的强度和定位能力两个方面综合考虑,聚酯缆系泊系统更具优越性;在系泊线张力响应和平台纵荡位移响应中,波频成分远大于低频成分;对于2500米的聚酯缆系泊系统,最佳顶部张角为40度左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 研究的历史与现状
• 1.3 系泊系统及其分析方法概述
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 系泊系统动力分析的理论基础
• 2.1 系泊线动力分析理论
• 2.1.1 弹性细长杆理论
• 2.1.2 有限元模型
• 2.2 浮体在波浪上的运动理论
• 2.2.1 波浪载荷
• 2.2.2 莫里森方程
• 2.2.3 平台的运动方程
• 2.2.4 平台运动的时域模拟
• 2.3 平台/系泊线/立管耦合动力分析理论
• 2.3.1 系泊线/立管和平台连接处弹簧的模拟
• 2.3.2 系泊线/立管和平台连接处阻尼器的模拟
• 2.3.3 系泊线/立管和海底连接的模拟
• 2.4 本章小结
• 第3章 HARP软件简介
• 3.1 水动力分析模块
• 3.2 系泊分析模块
• 3.3 耦合分析模块
• 3.4 本章小结
• 第4章 系泊系统时域耦合动力分析
• 4.1 系泊系统的设计准则
• 4.2 海洋环境条件
• 4.3 平台与系泊系统的基本参数
• 4.4 平台的水动力性能频域分析
• 4.5 平台与系泊系统的静力性能分析
• 4.5.1 系泊系统的静力特性曲线
• 4.5.2 平台的静水自由摇荡试验
• 4.6 平台与系泊系统的时域耦合动力分析
• 4.6.1 平台所受环境载荷的时历曲线
• 4.6.2 平台的运动位移响应
• 4.6.3 系泊线的张力响应
• 4.7 本章小结
• 第5章 系泊系统方案对比分析
• 5.1 系泊系统方案
• 5.2 同一水深下不同系泊线材料的对比分析
• 5.2.1 在1500米水深下不同系泊线材料的对比分析
• 5.2.2 在2000米水深下不同系泊线材料的对比分析
• 5.2.3 在2500米水深下不同系泊线材料的对比分析
• 5.2.4 在3000米水深下不同系泊线材料的对比分析
• 5.3 同一系泊线材料在不同水深下的对比分析
• 5.4 设计参数的对比分析
• 5.4.1 不同顶部张角的对比分析
• 5.4.2 不同顶部预张力的对比分析
• 5.4.3 不同轴向刚度的对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢