半潛式平臺運(yùn)動響應(yīng)特性研究及設(shè)計(jì)方案優(yōu)選.pdf

1、半潛式平臺作為典型深海平臺，憑借其抗風(fēng)能力較強(qiáng)，工作水深適應(yīng)范圍廣，鉆井能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)在海洋石油勘探開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，與淺水固定式平臺不同，深水浮式平臺在海洋環(huán)境中具有十分復(fù)雜的運(yùn)動響應(yīng)特性，且浮式平臺的運(yùn)動響應(yīng)直接關(guān)系著人員安全、設(shè)備安全、正常生產(chǎn)以及鉆采方式等各個(gè)方面。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)半潛式平臺水動力及運(yùn)動響應(yīng)對平臺鉆井開采工作具有十分重要的意義。
　　本文分別采用基于勢流理論的軟件 AQWA及基于粘流理論的軟件FINE/

2、Marine對半潛式平臺的水動力、運(yùn)動響應(yīng)、氣隙等進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析，并以半潛式平臺的垂向位移為主要目標(biāo)進(jìn)行了平臺的改型設(shè)計(jì)及方案優(yōu)選。
　　應(yīng)用AQWA軟件的LINE模塊對半潛式平臺的水動力進(jìn)行頻域分析，得到附加質(zhì)量、輻射阻尼及不同波浪入射角下的幅值響應(yīng)算子、一階波浪力與二階波浪力等水動力系數(shù)；應(yīng)用 FINE/Marine軟件實(shí)現(xiàn)平臺受迫正弦運(yùn)動，通過觀測平臺運(yùn)動曲線及運(yùn)動方向的受力曲線，經(jīng)數(shù)學(xué)模型換算得到平臺的粘性附加質(zhì)量。

3、
　　應(yīng)用AQWA軟件的DRIFT模塊，開展了5種海況、5個(gè)浪向角共計(jì)25種工況下的半潛式平臺運(yùn)動響應(yīng)數(shù)值模擬，得到平臺六自由度運(yùn)動及加速度的歷時(shí)曲線，并對25種工況下的計(jì)算結(jié)果按照浪向角和波浪參數(shù)進(jìn)行分類分析，結(jié)果顯示平臺縱蕩與橫蕩性能滿足規(guī)范要求，而平臺垂蕩運(yùn)動幅值較大，最大值達(dá)到了15.7m，超過了規(guī)范要求，平臺橫搖極值達(dá)到了28°，艏搖達(dá)到了12°，均超過規(guī)范規(guī)定的10°，平臺的縱搖性能滿足規(guī)范要求，平臺橫蕩加速度達(dá)到1.

4、5m/s2，縱蕩加速度達(dá)到1.7m/s2，橫向運(yùn)動加速度相對較大，會造成人類勞動的不適，而垂蕩運(yùn)動加速度符合規(guī)范的要求。
　　通過自由衰減數(shù)值模擬的方法獲取半潛式平臺粘性阻尼，將其人工添加至勢流軟件AQWA，對平臺添加阻尼后的運(yùn)動響應(yīng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，分析粘性阻尼及勢流阻尼對半潛式平臺運(yùn)動的影響。結(jié)果顯示增加粘性阻尼后，縱蕩方向運(yùn)動平均減小6％，橫蕩方向平均減小26%，垂蕩方向平均減小16%，橫搖方向平均減小68%，縱搖方向平均減小23%

5、，艏搖方向平均減小20%；添加粘性阻尼后，除垂蕩方向運(yùn)動較大外，其余自由度的運(yùn)動皆滿足規(guī)范要求，所以粘性阻尼的影響不容忽視。
　　基于粘流與勢流軟件，并通過自編程序分別對半潛式平臺的氣隙進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析并對比，為便于觀測半潛式平臺在各工況下的氣隙變化量，在平臺下甲板上布置了34個(gè)觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)主要位于平臺下甲板的邊緣、立柱的周圍。結(jié)果顯示平臺出現(xiàn)負(fù)氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在平臺下甲板的邊緣處，且基于粘流軟件計(jì)算出的半潛式平臺負(fù)氣隙量普遍大

6、于勢流理論的結(jié)果。
　　根據(jù)半潛式平臺垂蕩運(yùn)動公式及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以平臺垂向位移為主要目標(biāo)，綜合考慮橫搖、縱搖的幅值，對平臺提出相關(guān)改型方案，包括下浮體間距、下浮體端面形狀、下浮體形狀、立柱截面形狀、立柱截面面積、平臺吃水、增加垂蕩板等，所有改型方案均保證平臺的排水量、轉(zhuǎn)動慣量及重心位置不變，然后對每一種方案的運(yùn)動性能進(jìn)行分析，并與原型進(jìn)行對比，最終優(yōu)選出最優(yōu)方案，且針對最優(yōu)改型方案進(jìn)行計(jì)及粘性的運(yùn)動性能研究，其運(yùn)動響應(yīng)結(jié)果均滿足規(guī)范