深水錨泊半潛式鉆井平臺運動及動力特性研究.pdf

1、近年來，隨著海洋油氣資源的開發(fā)利用不斷向深海推進，深水海洋平臺技術也獲得了飛速的發(fā)展。半潛式鉆井平臺以抗風浪能力強，適應水深范圍廣，鉆機能力強等特點，在深水油氣開發(fā)中得到了廣泛的應用。因此，對深水半潛式鉆井平臺進行全面的水動力性能分析，了解平臺主體及其系泊系統(tǒng)在各種海況下的耦合運動和動力響應特性，深入研究環(huán)境變化對其水動力性能的影響規(guī)律，并進一步對深水半潛式鉆井平臺的關鍵參數(shù)和構成進行優(yōu)化分析，具有十分重要的意義。
　　本文在充分

2、調(diào)研和分析國內(nèi)外深水半潛式鉆井平臺水動力性能研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的前提下，對南海深水半潛式鉆井平臺及其系泊系統(tǒng)的運動性能和動力特性開展全面的探索，并在此基礎上對平臺系統(tǒng)的水動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及其系泊系統(tǒng)水動力性能分析
　　通過模型試驗和數(shù)值模擬對比分析，對深水半潛式鉆井平臺及其系泊系統(tǒng)的水動力性能進行全面分析。
　　數(shù)值模擬包括頻域計算和時域耦合數(shù)值

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

4、非定常風以及一根系泊纜破斷的極端條件等情況對深水半潛式鉆井平臺及其系泊系統(tǒng)的運動和動力特性所產(chǎn)生的影響，為平臺的優(yōu)化設計以及運營安全度的保證提供了有力的依據(jù)。
　　模型試驗在上海交通大學海洋工程國家重點實驗室的海洋工程深水池中完成，主要包括深水半潛式平臺的自由衰減、規(guī)則波和白噪聲試驗，以及不同水深時作業(yè)海況和生存海況下平臺的風浪流試驗，從中得到平臺主體的6自由度運動和系泊系統(tǒng)的受力情況，結合相應的數(shù)值模擬結果進行深入分析。

5、　?。?）深水半潛式鉆井平臺參數(shù)敏感性分析
　　通過分析數(shù)值模擬的對比結果，對深水半潛式鉆井平臺進行多個關鍵參數(shù)的特性研究。分別探索了平臺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，引起的平臺和系泊系統(tǒng)耦合運動及動力特性變化規(guī)律，為后續(xù)深水半潛式鉆井平臺的優(yōu)化設計提供一定的理論基礎。
　　（3）深水半潛式鉆井平臺新型防臺裝置隔水管系統(tǒng)設計及性能分析
　　通過數(shù)值分析方法，研究新型防臺裝置隔水管系統(tǒng)對平

6、臺主體和系泊系統(tǒng)水動力性能帶來的影響。分別對隔水管自由站立和連接在正常作業(yè)平臺上的情況進行分析，確定了臺風天氣下平臺脫開后，保證隔水管自由站立安全性所必須的頂部浮筒凈浮力大??；同時對安裝防臺隔水管系統(tǒng)的平臺和常規(guī)平臺進行對比，分析安裝防臺隔水管系統(tǒng)對平臺運動和系泊系統(tǒng)受力特性所產(chǎn)生的影響，同時考慮南海海域的內(nèi)波效應，為新型隔水管系統(tǒng)的優(yōu)化設計和應用提供一定的依據(jù)。
　　（4）三維相鄰多浮體問題水動力特性探究
　　運用FORT

7、RAN編程語言，分別對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力問題中的適用性和影響規(guī)律進行研究，探索其在不同浮體間距情況下的適用性和影響規(guī)律。進而分析波浪交互理論中兩個關鍵參數(shù)對波浪力及浮體表面壓力分布結果的影響規(guī)律，為其進一步在深水半潛式鉆井平臺水動力問題上的應用提供依據(jù)。
　　本文圍繞深水半潛式鉆井平臺及其系泊系統(tǒng)的水動力特性問題進行了一系列的探索，研究了深水半潛式平臺及其系泊系統(tǒng)時域耦合的數(shù)值計算方法，模型試驗與