深水浮式平臺(tái)原型測量方法與監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、浮式平臺(tái)是深水油氣資源開發(fā)中重要的海洋工程裝備。對(duì)浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法的研究，是我國突破深海開發(fā)技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)深水平臺(tái)概念、基本與詳細(xì)設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)。
　　利用服役結(jié)構(gòu)進(jìn)行原型測量，能夠獲得真實(shí)的環(huán)境荷載與結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息，既可以用于被測結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，又可以作為現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果為同類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。利用原型測量方法可以突破由深水浮式平臺(tái)的概念結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境荷載表征和失效模式的不明確性，而引發(fā)的傳統(tǒng)數(shù)值仿真和水池試驗(yàn)方法的局限

2、性。因此，原型測量已經(jīng)成為深水浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)驗(yàn)證的重要方法。由于深水浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用環(huán)境惡劣，原型測量通常難以獲得完備的測量信息。同時(shí)，大量常規(guī)測量手段并不適用于深水環(huán)境荷載和浮體響應(yīng)的原型測量，對(duì)于水下結(jié)構(gòu)更是缺乏相關(guān)的測量方法和測量系統(tǒng)。目前原型測量依然有很多方法上和技術(shù)上的難點(diǎn)亟待解決。
　　為此，本論文利用我國現(xiàn)役的一座多點(diǎn)系泊的半潛式浮式平臺(tái)開展了針對(duì)深水浮式平臺(tái)的原型測量與分析研究。針對(duì)深水浮式平臺(tái)原型測

3、量方法與現(xiàn)場實(shí)施監(jiān)測技術(shù)開展了研究。本文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)面向深水浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的原型測量方法。
　　合理的測量參數(shù)、測量原則和測量方法是有效的開展深水浮式平臺(tái)原型測量的前提。依據(jù)深水浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)流程與北海浮式平臺(tái)失效事故的多年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，總結(jié)了深水浮式平臺(tái)主要的失效模式，以此提出了原型測量信息。并根據(jù)浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范中定義的環(huán)境參數(shù)荷載化模型和結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析需求，討論了被測信息的測量需求。依此，考慮深水

4、浮式平臺(tái)應(yīng)用環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以INS/DGPS，傾角儀/加速度儀的多種響應(yīng)/頻率/幅值的測量方法。另外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)深水系泊系統(tǒng)的測量，基于系泊系統(tǒng)的集中質(zhì)量模型，改變了以浮體運(yùn)動(dòng)作為運(yùn)動(dòng)方程邊界條件的傳統(tǒng)求解方法，以系泊纜姿態(tài)變化作為分析系泊纜動(dòng)態(tài)張力的求解條件，以此提出一種系泊系統(tǒng)的水下原型測量方法。最終發(fā)展了包含環(huán)境荷載、浮體運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)參數(shù)的深水浮式平臺(tái)原型測量系統(tǒng)。
　　(2)面向原型測量現(xiàn)場應(yīng)用的監(jiān)測技術(shù)。

5、>　　為了在深水浮式結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)原型測量，對(duì)基于電子、機(jī)械和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)開展了研究。為了實(shí)現(xiàn)水下結(jié)構(gòu)信息的測量，開展了基于自容式技術(shù)的水下測量裝置研究，開發(fā)了低功耗的水下測量設(shè)備;為了實(shí)現(xiàn)海量信息同步采集與存儲(chǔ)，開展了基于多層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的原型測量系統(tǒng)軟硬件集成技術(shù)研究，建立了基于智能監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測站的集成監(jiān)測系統(tǒng);為了實(shí)現(xiàn)極端荷載天氣下的原型測量，對(duì)基于遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)和獨(dú)立供電技術(shù)開展了研究，建立了IRMS系統(tǒng)。
　

6、　(3)原型測量系統(tǒng)在“南海挑戰(zhàn)號(hào)”FPS的現(xiàn)場應(yīng)用。
　　為了驗(yàn)證原型測量系統(tǒng)的合理性和可行性，針對(duì)我國南海一座半潛式浮式平臺(tái)“南海挑戰(zhàn)號(hào)”FPS，設(shè)計(jì)并建立了現(xiàn)場原型測量系統(tǒng);基于監(jiān)測技術(shù)，開展了長期的原型測量，獲得了大量實(shí)測資料并完整記錄了多次臺(tái)風(fēng)過程的完整信息。
　　(4)基于原型測量信息的深水浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)分析與評(píng)價(jià)。
　　利用實(shí)測信息，對(duì)深水浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)中的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)RAOs參數(shù)和系泊系統(tǒng)參數(shù)開展

7、了分析與評(píng)價(jià)。通過臺(tái)風(fēng)與季風(fēng)條件下在不同高度測量得到的風(fēng)參數(shù)信息，基于非平穩(wěn)模型對(duì)南海強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)開展了分析，獲得了基于實(shí)測結(jié)果的湍流度、剖面系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)譜等抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù);利用實(shí)測波浪信息開展了被測海域波浪譜模型的擬合，通過實(shí)測的浮體響應(yīng)譜開展了實(shí)測響應(yīng)幅值算子擬合，進(jìn)而獲得了被測結(jié)構(gòu)的實(shí)測RAOs信息，依此開展了浮體結(jié)構(gòu)響應(yīng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià);基于水下測量系統(tǒng)的實(shí)測結(jié)果，在頻域內(nèi)開展了臺(tái)風(fēng)天氣下系泊纜動(dòng)態(tài)響應(yīng)狀態(tài)與波浪激勵(lì)和浮體運(yùn)動(dòng)