深海Spar平臺(tái)主體-月池流體耦合運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、Spar平臺(tái)作為深水域中極具競(jìng)爭(zhēng)力的平臺(tái)類型,在深水油氣開發(fā)中扮演者極重要的角色。Spar平臺(tái)的中央井自下而上貫穿整個(gè)主體,其內(nèi)按照一定的方式布置立管和其它重要鉆井設(shè)施,構(gòu)成Spar平臺(tái)的月池,Spar平臺(tái)中月池在底部有不完全封閉的,海水通過底部這些不完全封閉的底板自由進(jìn)入或者流出月池。雖然理論上應(yīng)該完全關(guān)閉月池的底部,但是因?yàn)橐M(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì),所以某些區(qū)域不得不開啟,因此產(chǎn)生了波浪激勵(lì)引起月池內(nèi)部流體共振問題。
　　本文的具體工

2、作以及結(jié)論如下:
　　(1)運(yùn)用SESAM軟件計(jì)算月池底部全開口以及全封閉時(shí)Spar平臺(tái)的水動(dòng)力性能以及RAO曲線。垂蕩結(jié)果表明,當(dāng)月池底板全封閉時(shí),月池內(nèi)海水處理為剛體,在平臺(tái)主體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量和剛度項(xiàng)中考慮月池內(nèi)海水質(zhì)量;當(dāng)月池底部全部打開時(shí),RAO曲線會(huì)在月池流體固有頻率處出現(xiàn)小峰值,說明如果波浪頻率接近月池流體固有頻率,那么也會(huì)造成Spar平臺(tái)較大的垂蕩運(yùn)動(dòng)。
　　(2)考慮頂張緊立管的作用,建立平臺(tái)主體垂蕩與月池流體耦

3、合運(yùn)動(dòng)模型,并且針對(duì)算例模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相匹配,均表明月池流體對(duì)主體垂蕩有抑制作用,合理設(shè)計(jì)擋板面積可減小平臺(tái)主體的垂蕩運(yùn)動(dòng)。隨著擋板開口面積的增加,主體垂蕩RAO逐漸呈現(xiàn)兩個(gè)峰,波浪周期接近月池流體垂向振動(dòng)固有周期時(shí)也會(huì)激起主體較大的垂蕩運(yùn)動(dòng);平臺(tái)主體與月池流體之間的耦合系數(shù)對(duì)主體垂蕩運(yùn)動(dòng)影響顯著。
　　(3)假定月池底部為全封閉,運(yùn)用晃動(dòng)等效力學(xué)模型理論,確定等效力學(xué)模型參數(shù),運(yùn)用ANSYS作為模型建

4、立以及網(wǎng)格劃分的前處理軟件;運(yùn)用Galerkin有限元方法求解相應(yīng)的月池流體晃動(dòng)的固有頻率、模態(tài)函數(shù)以及勢(shì)函數(shù)離散解;應(yīng)用Matlab軟件編制了月池流體晃動(dòng)程序。算例的計(jì)算結(jié)果與解析解相匹配,表明程序的正確性。
　　(4)運(yùn)用拉格朗日原理,建立了Spar平臺(tái)垂蕩-縱搖與月池耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,考慮垂蕩參數(shù)激勵(lì)以及月池內(nèi)流體的晃動(dòng),建立Spar平臺(tái)縱搖運(yùn)動(dòng)的Mathieu方程;采用攝動(dòng)法理論確定了縱搖運(yùn)動(dòng)的諧波振動(dòng)以及1/2亞諧波