半潛式鉆井平臺的綜合水動力性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、二十一世紀(jì)的今天，石油對一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)命脈起著支撐作用。近半個(gè)世紀(jì)以來隨著陸地上油氣資源被大量開采，陸上油氣資源大量減少已經(jīng)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，于是人們把目光投向了海洋。截止到2009年，世界石油總產(chǎn)量的33%來自海洋，預(yù)計(jì)到2020年前后比例將提高到35%。海洋平臺是海洋油氣田開發(fā)的主要裝備之一，對海洋平臺在海洋環(huán)境中的運(yùn)功響應(yīng)特性研究，及設(shè)計(jì)出性能更加優(yōu)異的半潛式鉆井平臺，對我國海洋石油機(jī)械、深海石油設(shè)備的發(fā)展乃至國民經(jīng)濟(jì)發(fā)

2、展有著重要意義。
　　通過控制變量法對平臺進(jìn)行頻域、時(shí)域?qū)Ρ确治?；采用?shù)學(xué)建模結(jié)合數(shù)值模擬的方法研究平臺在特定環(huán)境載荷作用下的的運(yùn)動響應(yīng)；總結(jié)已有的水動力知識理論、方法結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)最優(yōu)思想，分類研究垂蕩板對平臺的作用；結(jié)合動量守恒定律提出了海水增重法，將垂蕩板結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)設(shè)計(jì)出了垂蕩柱及滿載浮箱的新構(gòu)型半潛式鉆井平臺；通過理論對比分析與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行綜合論證，得出新型平臺的性能特性。
　　數(shù)值分析結(jié)果顯示，隨著浪向角從0?

3、增加到?90，平臺縱蕩響應(yīng)的最值及均值呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；當(dāng)浪向角分別為0?、?30、?60度時(shí)，型一平臺較型二平臺的縱蕩均值分別減小為0.0151m、0.0343m、0.0272m，對應(yīng)的減小比為4.857%、12.98%、16.28%；當(dāng)浪向角分別為0?、?30、?60、?90時(shí)，型一平臺較型二平臺的橫蕩均值分別減小為0.2527m、0.1872m、0.1660m、0.1204m，對應(yīng)的減小比值較大；當(dāng)浪向角分別為0?、?30、?6

4、0、?90時(shí)，垂蕩數(shù)值變化較??；當(dāng)浪向角為0?時(shí)型一平臺的垂蕩響應(yīng)均值為0.3263m，較型二平臺減小了0.1066m，約減小了24.62%；在浪向角為?30、?60、?90時(shí)呈現(xiàn)了相同的減小趨勢，減小比分別為28.03%、27.49%、25.26%；當(dāng)?90浪向角時(shí)，平臺的縱搖響應(yīng)最?。辉??到?90范圍內(nèi)平臺的縱搖響應(yīng)較大。在不同浪向角波浪作用下，當(dāng)波浪頻率靠近平臺的橫搖固有頻率時(shí)平臺的橫搖響應(yīng)達(dá)到最大值；在36個(gè)附加質(zhì)量分量中有2

5、1附加質(zhì)量分量是獨(dú)立的。對優(yōu)化設(shè)計(jì)的平臺進(jìn)行數(shù)值分析顯示，在不同浪向角的海浪作用下，型3、4、5、6平臺垂蕩響應(yīng)減小比均值分別為24.70%、29.65%、36.36%、60.93%。
　　得出，浪向角對縱蕩、橫蕩響應(yīng)影響較大，縱蕩響應(yīng)數(shù)值隨著浪向角的增大呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；平臺的垂蕩、橫蕩、縱蕩響應(yīng)在不同頻率下大小不同；平臺的垂蕩響應(yīng)受波浪的方向影響小，但波浪的頻率對其作用明顯；平臺的水線面積增加，增大了平臺受到的激勵力，進(jìn)而平