深海Spar平臺主體-月池流體耦合運動研究.pdf

1、Spar平臺作為深水域中極具競爭力的平臺類型,在深水油氣開發(fā)中扮演者極重要的角色。Spar平臺的中央井自下而上貫穿整個主體,其內(nèi)按照一定的方式布置立管和其它重要鉆井設施,構(gòu)成Spar平臺的月池,Spar平臺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入或者流出月池。雖然理論上應該完全關閉月池的底部,但是因為要進行實際的設計,所以某些區(qū)域不得不開啟,因此產(chǎn)生了波浪激勵引起月池內(nèi)部流體共振問題。
　　本文的具體工

2、作以及結(jié)論如下:
　　(1)運用SESAM軟件計算月池底部全開口以及全封閉時Spar平臺的水動力性能以及RAO曲線。垂蕩結(jié)果表明,當月池底板全封閉時,月池內(nèi)海水處理為剛體,在平臺主體運動的質(zhì)量和剛度項中考慮月池內(nèi)海水質(zhì)量;當月池底部全部打開時,RAO曲線會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,那么也會造成Spar平臺較大的垂蕩運動。
　　(2)考慮頂張緊立管的作用,建立平臺主體垂蕩與月池流體耦

3、合運動模型,并且針對算例模型進行了試驗研究。試驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果相匹配,均表明月池流體對主體垂蕩有抑制作用,合理設計擋板面積可減小平臺主體的垂蕩運動。隨著擋板開口面積的增加,主體垂蕩RAO逐漸呈現(xiàn)兩個峰,波浪周期接近月池流體垂向振動固有周期時也會激起主體較大的垂蕩運動;平臺主體與月池流體之間的耦合系數(shù)對主體垂蕩運動影響顯著。
　　(3)假定月池底部為全封閉,運用晃動等效力學模型理論,確定等效力學模型參數(shù),運用ANSYS作為模型建

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