深水錨泊系統(tǒng)截斷優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、油氣開采不斷向深海拓展，深水及超深水平臺漸漸用于實際生產(chǎn)中?；诂F(xiàn)有試驗水池的尺寸限制，很難采用常規(guī)縮尺比進行全水深模型試驗?；旌夏Ｐ驮囼灧椒ㄊ悄壳笆褂米顝V且最為有效的解決此矛盾的方法。如何設(shè)計出能很好地替代全水深系統(tǒng)的等效截斷系統(tǒng)是其關(guān)鍵。本文以此為目標(biāo)，基于靜力特性相似準(zhǔn)則，開發(fā)了等效截斷優(yōu)化設(shè)計程序，對深水錨泊系統(tǒng)截斷設(shè)計進行了較深入的研究，通過與全水深系統(tǒng)靜力和動力特性結(jié)果對比及模型試驗驗證，校核截斷系統(tǒng)設(shè)計的可靠性。本文主要從

2、以下幾個方面進行了研究。
　　首先，錨泊系統(tǒng)靜力分析理論是開發(fā)截斷優(yōu)化設(shè)計程序的理論基礎(chǔ)，基于多成分懸鏈線理論及系統(tǒng)靜力計算理論編寫錨泊系統(tǒng)靜力計算程序，利用實例結(jié)果驗證編寫程序的準(zhǔn)確性，研究錨泊線的單位長度濕重、軸向剛度、長度等參數(shù)對系統(tǒng)靜力特性的影響，為后續(xù)截斷優(yōu)化設(shè)計打好基礎(chǔ)。同時，簡要論述錨泊系統(tǒng)動態(tài)分析理論，為后續(xù)章節(jié)進行平臺及其錨泊系統(tǒng)時域耦合動態(tài)響應(yīng)分析做好理論儲備。
　　其次，以一深水FPSO及其錨泊系統(tǒng)為例

3、，對其進行頻域水動力分析和時域耦合分析，為后續(xù)與截斷系統(tǒng)動力特性對比做好準(zhǔn)備。基于頻域分析理論，計算FPSO在線性波中的RAOs、波浪載荷、附加質(zhì)量系數(shù)、附加阻尼系數(shù)等水動力參數(shù)?；跁r域耦合計算理論，計算FPSO及其錨泊系統(tǒng)的動態(tài)耦合響應(yīng)?？紤]規(guī)則波與不規(guī)則波兩種環(huán)境條件，135°與180°兩種環(huán)境載荷方向，懸鏈線式和張緊式兩種錨泊方式，分別計算得到FPSO縱蕩、橫蕩、首搖等運動響應(yīng)及各錨泊線受力等參數(shù)。
　　再次，基于靜力特性

4、相似準(zhǔn)則，保證截斷前后系統(tǒng)總水平回復(fù)力特性一致和有代表性的錨泊線頂端張力-位移特性一致，采用遺傳優(yōu)化算法，利用MATLAB編寫等效截斷優(yōu)化設(shè)計程序，實現(xiàn)深水懸鏈線式和張緊式錨泊系統(tǒng)等效水深截斷設(shè)計。以深水 FPSO錨泊系統(tǒng)為例，先對1500m水深的懸鏈線式分別進行只中間鋼纜截斷和中間鋼纜及底端錨鏈都截斷的等效設(shè)計，再分別對1500m和3000m水深的張緊式進行中間鋼纜截斷設(shè)計，對比截斷前后系統(tǒng)的靜力特性差異性大小。結(jié)果表明，優(yōu)化誤差均在

5、合理的范圍內(nèi)，截斷系統(tǒng)的設(shè)計是滿足要求的，等效截斷優(yōu)化設(shè)計程序是可靠的。
　　最后，在與全水深相同的環(huán)境條件下，分別計算截斷系統(tǒng)時域耦合運動響應(yīng)。比較截斷前后FPSO的縱蕩、橫蕩等運動響應(yīng)值及有代表性的錨泊線頂端張力值時域變化的差異性大小。時域變化結(jié)果對比圖顯示，截斷前后系統(tǒng)的動力響應(yīng)有一定差異，但誤差不是很大。依據(jù)已有的模型參數(shù)和試驗數(shù)據(jù)，對914m的全水深錨泊系統(tǒng)進行460m的等效水深截斷設(shè)計，對比全水深試驗結(jié)果與截斷前后系統(tǒng)