深海半潛式平臺(tái)初步設(shè)計(jì)中的若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、遼闊的海洋蘊(yùn)藏著豐富的資源，隨著世界油氣需求的增加，海底油氣的開采向水深450～1500米的深水域和水深1500米以上的超深水域發(fā)展。隨著水深的增加，傳統(tǒng)的導(dǎo)管架和重力式等平臺(tái)由于自重和成本的大幅度增大而不適合深水開發(fā)，因此適于深海作業(yè)的鉆采生產(chǎn)系統(tǒng)成為了研究的熱點(diǎn)。 目前適用于深海油氣鉆采生產(chǎn)的平臺(tái)型式主要有：張力腿平臺(tái)、Spar和半潛式平臺(tái)。與其它兩種平臺(tái)相比，半潛式平臺(tái)具有相對(duì)總投資小，更大的甲板空間和甲板可變載荷，更強(qiáng)的

2、生產(chǎn)能力，更大的工作水深范圍，易于改造并具備鉆井、修井、生產(chǎn)等多種工作功能，無需海上安裝，全球全天候的工作能力和自存能力等優(yōu)點(diǎn)。考慮投資成本、工作水深范圍、井口數(shù)目、服務(wù)年限和工作地域等因素，半潛式平臺(tái)將是滿足深海作業(yè)的更佳的選擇。隨著油氣開采向深海進(jìn)軍，半潛式平臺(tái)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，世界各國(guó)的公司和研究機(jī)構(gòu)投入了大量的資金進(jìn)行第六代半潛式平臺(tái)的研發(fā)。 在目前新一代半潛式平臺(tái)繁榮發(fā)展的背景條件下，本論文對(duì)深海半潛式平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)

3、作詳細(xì)分析，對(duì)深海半潛式平臺(tái)初步設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行了研究。 本論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)半潛式平臺(tái)的發(fā)展過程、新一代半潛式平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，綜述了與半潛式平臺(tái)初步設(shè)計(jì)有關(guān)的若干方面的研究現(xiàn)狀和研究成果。 2、以一第六代半潛式平臺(tái)為母型，設(shè)計(jì)了四種常用的半潛式平臺(tái)型式模型，通過波浪中的垂蕩性能、完整穩(wěn)性、拖航阻力和船體鋼料重量等幾方面的比較分析，選取合適的深海半潛式平臺(tái)型式。

4、3、根據(jù)二維切片理論求解平臺(tái)的水動(dòng)力系數(shù)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和波浪上的運(yùn)動(dòng)性能，建立了深海半潛式平臺(tái)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，研究各設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度?？紤]到水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)方程的非線性，采用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法一改進(jìn)的非劣解排序遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到多目標(biāo)優(yōu)化問題的Pareto解。從結(jié)果中選取三個(gè)具有代表性的方案進(jìn)行分析，認(rèn)為經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，平臺(tái)的固有周期都遠(yuǎn)離常規(guī)波浪的周期，都具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。通過對(duì)比，認(rèn)為平臺(tái)的

5、運(yùn)動(dòng)性能有進(jìn)一步改善的可能，但超過一定范圍時(shí)，其改善的效果很小，反而會(huì)使成本急劇加大，優(yōu)化意義不大。并選擇了居中的一個(gè)方案作為初步設(shè)計(jì)結(jié)果。 4、采用三維勢(shì)流理論，對(duì)所設(shè)計(jì)半潛式平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和所受的波浪載荷進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，并采用P-M波譜進(jìn)行了短期和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。所得頻域計(jì)算結(jié)果可用于系泊設(shè)計(jì)的分析計(jì)算。 5、通過模型試驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)在規(guī)則波中的垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及三個(gè)位置的氣隙，驗(yàn)證了計(jì)算方法的可靠性。 6、在

6、深水中，懸鏈線系泊系統(tǒng)已經(jīng)不適用，張緊式系泊系統(tǒng)逐漸成為主要的系泊方式。為了克服傳統(tǒng)的鏈索系泊纜在深水系泊應(yīng)用中重量過大的問題，提高平臺(tái)的可變載荷，對(duì)于新型的合成系泊纜的研究也應(yīng)運(yùn)而生，目前各種合成系泊纜如尼龍、聚酯繩等已廣泛應(yīng)用于深水系泊。本論文概述了張緊式系泊系統(tǒng)目前的研究方向和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了鋼絲繩-聚酯繩-鋼絲繩三段式系泊纜，并對(duì)九種不同布置方式的張緊式系泊系統(tǒng)進(jìn)行靜力分析，研究在2500米水深的超深水條件下，系泊纜的布置方式對(duì)

7、系泊系統(tǒng)的回復(fù)力性能的影響程度，以及系泊纜在設(shè)計(jì)環(huán)境條件下的張力變化規(guī)律。 7、采用時(shí)域分析方法，將平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)頻域結(jié)果轉(zhuǎn)化到時(shí)域，考慮各種非線性的影響和系泊纜的動(dòng)力特性分析，使預(yù)報(bào)更加可靠。引入風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用，采用耦合分析的方法，綜合考慮半潛式平臺(tái)和系泊系統(tǒng)的相互作用，得到作業(yè)工況和自存工況情況下波浪載荷、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和系泊纜張力的各種時(shí)歷結(jié)果。在對(duì)各種時(shí)歷結(jié)果進(jìn)行處理后，可得到各種結(jié)果的譜密度和Weibull概率