深水半潜式平台系泊系统设计研究

论文摘要

海洋蕴藏着极为丰富的资源。美国墨西哥湾、西非湾、巴西海域以及中国的渤海、东海和南海等海域都是世界各国开发海洋石油资源的重要活动场所。目前,海洋石油工业正在逐步向更深的水域发展,比如墨西哥湾、巴西、非洲西部、北大西洋与挪威海,水深都在1000～3000m范围内。目前深海平台技术的研究尚处于起步阶段,在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下,须高度重视对深海平台技术的研究。半潜式平台是目前适合于较深水域作业的先进平台,它既能克服钻井船的不稳定性又能在较深水域中作业。而对半潜式平台的系泊定位系统的研究是十分有必要的。为了保证半潜式平台能够大多数海况下可以正常工作和在恶劣海况下的安全,研究半潜式平台在风、浪、流中的水动力和运动性能,合理设计半潜式平台系泊系统就显得尤为重要了。本文应用基于三维势流理论和Morison公式的SESAM软件,计算了半潜式平台在规则波中的附加质量系数和阻尼系数,并计算了半潜式平台在规则波中所受到的波浪力及其在波浪中的运动响应,对具有8根和12根系泊线的深水半潜式平台进行系泊系统的设计研究。半潜式平台所受到的环境载荷与运动根据API规范中的公式计算,所受到的波浪漂移力根据谱分析法计算。在确定各种载荷和运动后,应用SESAM软件中基于静力分析和动力分析相关原理的Mimosa模块,对半潜式平台的两种系泊系统进行设计研究,并对这两种方案进行了安全校核和比较分析,给出合理的设计结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 深水半潜式平台的特点和发展趋势
• 1.2.1 半潜式平台的特点
• 1.2.2 国外半潜式平台发展技术现状
• 1.2.3 国内深水半潜式平台发展技术现状
• 1.3 系泊系统的研究和发展趋势
• 1.3.1 国外研究的现状
• 1.3.2 国内研究的现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 半潜式平台波浪载荷及响应分析理论
• 2.1 线性运动理论
• 2.2 三维频域势流理论
• 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 三维无航速频域格林函数解法
• 2.3.1 格林函数法
• 2.3.2 阻尼系数、附加质量和绕射力的计算方法
• 2.4 半潜式平台的运动
• 2.4.1 迎浪运动
• 2.4.2 横浪运动
• 2.5 小构件的波浪载荷
• 2.6 本章小结
• 第3章 半潜式平台受力及运动计算
• 3.1 SESAM软件及其应用
• 3.1.1 SESAM软件介绍
• 3.1.2 坐标系
• 3.1.3 模型建立
• 3.2 半潜式平台的计算结果
• 3.2.1 附加质量和阻尼
• 3.2.2 半潜式平台在波浪中运动和受力
• 3.3 本章小结
• 第4章 系泊系统设计分析的基本原理
• 4.1 环境载荷与运动
• 4.1.1 风载荷
• 4.1.2 海流载荷
• 4.1.3 谱分析法与波浪载荷
• 4.1.4 波频运动
• 4.1.5 低频运动
• 4.2 缆索的力学特性
• 4.3 悬链线方程的推导
• 4.3.1 全链悬垂线基本方程及其推导
• 4.4 系泊定位系统的静力分析
• 4.4.1 预张力的确定
• 4.4.2 系泊系统的静力分析
• 4.5 系泊系统的动力分析
• 4.6 Mimosa在系泊系统受力分析中的应用
• 4.7 本章小结
• 第5章 半潜式平台系泊系统的设计
• 5.1 半潜式平台系泊系统的设计（8根系泊线）
• 5.1.1 主要设计数据
• 5.1.2 系泊系统设计方案
• 5.2 半潜式平台系泊系统的设计（12根系泊线）
• 5.2.1 主要设计数据
• 5.2.2 系泊系统设计方案
• 5.3 两种方案的比较
• 5.4 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
• 附录A 海浪谱公式