基于等效水深截斷的深海平臺混合模型試驗方法研究.pdf

1、世界范圍內(nèi)石油工業(yè)正在向500m-3000m的深水海域進軍，而我國目前海上油氣資源開發(fā)主要集中在200m水深以下的近海海域，平均水深達1212m的南海作為世界四大海洋油氣聚集中心之一，有望在將來成為我國海洋石油開發(fā)的主戰(zhàn)場。隨著深海油田的不斷發(fā)展，許多創(chuàng)新研制的適用于深海開發(fā)的新型海上石油浮式生產(chǎn)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，其工作水深常常超過1000m，有的甚至達到3000m。 本論文的主要目的就是研究該形式的混合模型試驗方法，掌握其實施流程

2、及相關(guān)技術(shù)，解決深海海洋平臺水動力模型試驗研究問題，為我國開展深海海洋平臺的研究、設(shè)計、建造提供技術(shù)支撐和科學依據(jù)，拓展我國上海交通大學海洋工程水池的研究功能，使現(xiàn)有的模型試驗研究能力從300米實際水深拓展到當今的300-1000m乃至以上的深海海洋平臺工作水深。 基于以上目的，本文選擇一工作水深為320m的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO對混合模型試驗方法進行研究，截斷水深選為160m，模型縮尺比選為λ=80。主要完成了以下工作： 1

3、、以截斷系統(tǒng)和原系統(tǒng)靜力特性相似為目標建立了等效水深截斷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型，建立了錨泊線材質(zhì)數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化方法選用混合離散變量模擬退火方法和離散復(fù)合形法，用C++語言基于面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)了相應(yīng)的計算機優(yōu)化程序。對所選轉(zhuǎn)塔式系泊FPSO參照全水深系泊系統(tǒng)的特性進行了截斷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計計算，獲得了截斷系泊系統(tǒng)的相關(guān)構(gòu)造參數(shù)。 2、根據(jù)三維勢流理論，選用DIFFRAC軟件在頻域下對該FPSO船體進行水動力分析，對應(yīng)于全水深320m和截斷

4、水深160m兩種情況，分別計算它在單位波高規(guī)則波作用下的水動力參數(shù)，這些參數(shù)通過時頻轉(zhuǎn)換可用于數(shù)值重構(gòu)和數(shù)值外插之中。 3、根據(jù)截斷系統(tǒng)制作相應(yīng)的物理試驗?zāi)Ｐ?，對系泊系統(tǒng)的靜力特性進行精心校核、調(diào)整，然后在水池中進行模型試驗，測量了6個不同工況下的FPSO船體運動、內(nèi)轉(zhuǎn)塔受力和錨泊線張力情況；接下來應(yīng)用卡明斯脈沖響應(yīng)理論，將頻域水動力參數(shù)轉(zhuǎn)換到時域，建立FPSO的高頻和低頻運動方程以及錨泊系統(tǒng)運動方程，采取耦合時域模擬方法對截斷

5、系統(tǒng)模型試驗進行數(shù)值重構(gòu)，仔細校核了計算機模擬軟件并調(diào)整了相關(guān)水動力系數(shù)，使得數(shù)值重構(gòu)結(jié)果和截斷系統(tǒng)模型試驗結(jié)果符合得很好。 4、總結(jié)歸納出了深海海洋平臺混合模型試驗的實施流程和關(guān)鍵技術(shù)。 通過上述研究本論文得到了如下的一些主要成果和結(jié)論： 1、在設(shè)計截斷系泊系統(tǒng)試驗裝置時，需要一定準則和指導(dǎo)方針，因為我們不能在物理上再現(xiàn)在全水深情況下需要的試驗系統(tǒng)的所有細節(jié)。 2、對所選的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO船體，它在全水

6、深320m和截斷水深160m情況下，根據(jù)三維勢流理論在頻域中計算出來的水動力系數(shù)幾乎沒有差別，對于其它形式的海洋平臺，當全水深和截斷水深都較深時并且截斷程度不大時，這一規(guī)律也是成立的。 3、給出了數(shù)值重構(gòu)和數(shù)值外插具有實際操作意義的定義。 4、總的印象是，第二種形式的混合模型試驗方法能工作得很好，從較平穩(wěn)海況到較惡劣海況都是如此，這種方法可用于深海平臺模型試驗研究中去。 5、如果截斷不可避免，不推薦僅僅直接使用簡