深水錨泊半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著海洋油氣資源的開發(fā)利用不斷向深海推進(jìn)，深水海洋平臺(tái)技術(shù)也獲得了飛速的發(fā)展。半潛式鉆井平臺(tái)以抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，適應(yīng)水深范圍廣，鉆機(jī)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在深水油氣開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)進(jìn)行全面的水動(dòng)力性能分析，了解平臺(tái)主體及其系泊系統(tǒng)在各種海況下的耦合運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力響應(yīng)特性，深入研究環(huán)境變化對(duì)其水動(dòng)力性能的影響規(guī)律，并進(jìn)一步對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵參數(shù)和構(gòu)成進(jìn)行優(yōu)化分析，具有十分重要的意義。
　　本文在充分

2、調(diào)研和分析國(guó)內(nèi)外深水半潛式鉆井平臺(tái)水動(dòng)力性能研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的前提下，對(duì)南海深水半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能和動(dòng)力特性開展全面的探索，并在此基礎(chǔ)上對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)的水動(dòng)力性能開展了一系列的拓展研究。論文的主要工作包括以下方面：
　?。?）深水半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)水動(dòng)力性能分析
　　通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)比分析，對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)的水動(dòng)力性能進(jìn)行全面分析。
　　數(shù)值模擬包括頻域計(jì)算和時(shí)域耦合數(shù)值

3、模擬。首先根據(jù)三維勢(shì)流理論對(duì)平臺(tái)在各海況下進(jìn)行頻域計(jì)算，得到不同頻率下的附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)，各個(gè)頻率和浪向下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值算子（RAO）等水動(dòng)力參數(shù)，組成頻域下的水動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。而后對(duì)半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)在作業(yè)海況和生存海況風(fēng)浪流作用下的水動(dòng)力性能進(jìn)行時(shí)域耦合分析，考慮迎浪和橫浪等典型風(fēng)浪流組合工況，得到深水半潛式鉆井平臺(tái)在特定海洋環(huán)境條件下的六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和系泊系統(tǒng)的受力情況。同時(shí)通過(guò)對(duì)比分析，分別研究了不同水深、海況條件、

4、非定常風(fēng)以及一根系泊纜破斷的極端條件等情況對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性所產(chǎn)生的影響，為平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)安全度的保證提供了有力的依據(jù)。
　　模型試驗(yàn)在上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的海洋工程深水池中完成，主要包括深水半潛式平臺(tái)的自由衰減、規(guī)則波和白噪聲試驗(yàn)，以及不同水深時(shí)作業(yè)海況和生存海況下平臺(tái)的風(fēng)浪流試驗(yàn)，從中得到平臺(tái)主體的6自由度運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)的受力情況，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行深入分析。

5、　　（2）深水半潛式鉆井平臺(tái)參數(shù)敏感性分析
　　通過(guò)分析數(shù)值模擬的對(duì)比結(jié)果，對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)進(jìn)行多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的特性研究。分別探索了平臺(tái)主體重心高度和吃水的變化，以及在不同水深處安裝不同尺寸垂蕩板，引起的平臺(tái)和系泊系統(tǒng)耦合運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性變化規(guī)律，為后續(xù)深水半潛式鉆井平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)。
　?。?）深水半潛式鉆井平臺(tái)新型防臺(tái)裝置隔水管系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析
　　通過(guò)數(shù)值分析方法，研究新型防臺(tái)裝置隔水管系統(tǒng)對(duì)平

6、臺(tái)主體和系泊系統(tǒng)水動(dòng)力性能帶來(lái)的影響。分別對(duì)隔水管自由站立和連接在正常作業(yè)平臺(tái)上的情況進(jìn)行分析，確定了臺(tái)風(fēng)天氣下平臺(tái)脫開后，保證隔水管自由站立安全性所必須的頂部浮筒凈浮力大??；同時(shí)對(duì)安裝防臺(tái)隔水管系統(tǒng)的平臺(tái)和常規(guī)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比，分析安裝防臺(tái)隔水管系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)受力特性所產(chǎn)生的影響，同時(shí)考慮南海海域的內(nèi)波效應(yīng)，為新型隔水管系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供一定的依據(jù)。
　　（4）三維相鄰多浮體問(wèn)題水動(dòng)力特性探究
　　運(yùn)用FORT

7、RAN編程語(yǔ)言，分別對(duì)高階邊界元法和波浪交互理論在處理三維相鄰多浮體水動(dòng)力問(wèn)題中的適用性和影響規(guī)律進(jìn)行研究，探索其在不同浮體間距情況下的適用性和影響規(guī)律。進(jìn)而分析波浪交互理論中兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)波浪力及浮體表面壓力分布結(jié)果的影響規(guī)律，為其進(jìn)一步在深水半潛式鉆井平臺(tái)水動(dòng)力問(wèn)題上的應(yīng)用提供依據(jù)。
　　本文圍繞深水半潛式鉆井平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)的水動(dòng)力特性問(wèn)題進(jìn)行了一系列的探索，研究了深水半潛式平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)時(shí)域耦合的數(shù)值計(jì)算方法，模型試驗(yàn)與