深水錨泊系統(tǒng)截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、油氣開采不斷向深海拓展，深水及超深水平臺漸漸用于實(shí)際生產(chǎn)中?；诂F(xiàn)有試驗(yàn)水池的尺寸限制，很難采用常規(guī)縮尺比進(jìn)行全水深模型試驗(yàn)?；旌夏Ｐ驮囼?yàn)方法是目前使用最廣且最為有效的解決此矛盾的方法。如何設(shè)計(jì)出能很好地替代全水深系統(tǒng)的等效截?cái)嘞到y(tǒng)是其關(guān)鍵。本文以此為目標(biāo)，基于靜力特性相似準(zhǔn)則，開發(fā)了等效截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì)程序，對深水錨泊系統(tǒng)截?cái)嘣O(shè)計(jì)進(jìn)行了較深入的研究，通過與全水深系統(tǒng)靜力和動力特性結(jié)果對比及模型試驗(yàn)驗(yàn)證，校核截?cái)嘞到y(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。本文主要從

2、以下幾個方面進(jìn)行了研究。
　　首先，錨泊系統(tǒng)靜力分析理論是開發(fā)截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì)程序的理論基礎(chǔ)，基于多成分懸鏈線理論及系統(tǒng)靜力計(jì)算理論編寫錨泊系統(tǒng)靜力計(jì)算程序，利用實(shí)例結(jié)果驗(yàn)證編寫程序的準(zhǔn)確性，研究錨泊線的單位長度濕重、軸向剛度、長度等參數(shù)對系統(tǒng)靜力特性的影響，為后續(xù)截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。同時，簡要論述錨泊系統(tǒng)動態(tài)分析理論，為后續(xù)章節(jié)進(jìn)行平臺及其錨泊系統(tǒng)時域耦合動態(tài)響應(yīng)分析做好理論儲備。
　　其次，以一深水FPSO及其錨泊系統(tǒng)為例

3、，對其進(jìn)行頻域水動力分析和時域耦合分析，為后續(xù)與截?cái)嘞到y(tǒng)動力特性對比做好準(zhǔn)備?；陬l域分析理論，計(jì)算FPSO在線性波中的RAOs、波浪載荷、附加質(zhì)量系數(shù)、附加阻尼系數(shù)等水動力參數(shù)?；跁r域耦合計(jì)算理論，計(jì)算FPSO及其錨泊系統(tǒng)的動態(tài)耦合響應(yīng)。考慮規(guī)則波與不規(guī)則波兩種環(huán)境條件，135°與180°兩種環(huán)境載荷方向，懸鏈線式和張緊式兩種錨泊方式，分別計(jì)算得到FPSO縱蕩、橫蕩、首搖等運(yùn)動響應(yīng)及各錨泊線受力等參數(shù)。
　　再次，基于靜力特性

4、相似準(zhǔn)則，保證截?cái)嗲昂笙到y(tǒng)總水平回復(fù)力特性一致和有代表性的錨泊線頂端張力-位移特性一致，采用遺傳優(yōu)化算法，利用MATLAB編寫等效截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)深水懸鏈線式和張緊式錨泊系統(tǒng)等效水深截?cái)嘣O(shè)計(jì)。以深水 FPSO錨泊系統(tǒng)為例，先對1500m水深的懸鏈線式分別進(jìn)行只中間鋼纜截?cái)嗪椭虚g鋼纜及底端錨鏈都截?cái)嗟牡刃гO(shè)計(jì)，再分別對1500m和3000m水深的張緊式進(jìn)行中間鋼纜截?cái)嘣O(shè)計(jì)，對比截?cái)嗲昂笙到y(tǒng)的靜力特性差異性大小。結(jié)果表明，優(yōu)化誤差均在

5、合理的范圍內(nèi)，截?cái)嘞到y(tǒng)的設(shè)計(jì)是滿足要求的，等效截?cái)鄡?yōu)化設(shè)計(jì)程序是可靠的。
　　最后，在與全水深相同的環(huán)境條件下，分別計(jì)算截?cái)嘞到y(tǒng)時域耦合運(yùn)動響應(yīng)。比較截?cái)嗲昂驠PSO的縱蕩、橫蕩等運(yùn)動響應(yīng)值及有代表性的錨泊線頂端張力值時域變化的差異性大小。時域變化結(jié)果對比圖顯示，截?cái)嗲昂笙到y(tǒng)的動力響應(yīng)有一定差異，但誤差不是很大。依據(jù)已有的模型參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對914m的全水深錨泊系統(tǒng)進(jìn)行460m的等效水深截?cái)嘣O(shè)計(jì)，對比全水深試驗(yàn)結(jié)果與截?cái)嗲昂笙到y(tǒng)