基于等效水深截?cái)嗟纳詈Ｆ脚_(tái)混合模型試驗(yàn)方法研究.pdf

1、世界范圍內(nèi)石油工業(yè)正在向500m-3000m的深水海域進(jìn)軍，而我國(guó)目前海上油氣資源開(kāi)發(fā)主要集中在200m水深以下的近海海域，平均水深達(dá)1212m的南海作為世界四大海洋油氣聚集中心之一，有望在將來(lái)成為我國(guó)海洋石油開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。隨著深海油田的不斷發(fā)展，許多創(chuàng)新研制的適用于深海開(kāi)發(fā)的新型海上石油浮式生產(chǎn)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，其工作水深常常超過(guò)1000m，有的甚至達(dá)到3000m。 本論文的主要目的就是研究該形式的混合模型試驗(yàn)方法，掌握其實(shí)施流程

2、及相關(guān)技術(shù)，解決深海海洋平臺(tái)水動(dòng)力模型試驗(yàn)研究問(wèn)題，為我國(guó)開(kāi)展深海海洋平臺(tái)的研究、設(shè)計(jì)、建造提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)，拓展我國(guó)上海交通大學(xué)海洋工程水池的研究功能，使現(xiàn)有的模型試驗(yàn)研究能力從300米實(shí)際水深拓展到當(dāng)今的300-1000m乃至以上的深海海洋平臺(tái)工作水深。 基于以上目的，本文選擇一工作水深為320m的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO對(duì)混合模型試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，截?cái)嗨钸x為160m，模型縮尺比選為λ=80。主要完成了以下工作： 1

3、、以截?cái)嘞到y(tǒng)和原系統(tǒng)靜力特性相似為目標(biāo)建立了等效水深截?cái)嘞到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，建立了錨泊線材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化方法選用混合離散變量模擬退火方法和離散復(fù)合形法，用C++語(yǔ)言基于面向?qū)ο蠓椒ㄩ_(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化程序。對(duì)所選轉(zhuǎn)塔式系泊FPSO參照全水深系泊系統(tǒng)的特性進(jìn)行了截?cái)嘞到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，獲得了截?cái)嘞挡聪到y(tǒng)的相關(guān)構(gòu)造參數(shù)。 2、根據(jù)三維勢(shì)流理論，選用DIFFRAC軟件在頻域下對(duì)該FPSO船體進(jìn)行水動(dòng)力分析，對(duì)應(yīng)于全水深320m和截?cái)?/p>

4、水深160m兩種情況，分別計(jì)算它在單位波高規(guī)則波作用下的水動(dòng)力參數(shù)，這些參數(shù)通過(guò)時(shí)頻轉(zhuǎn)換可用于數(shù)值重構(gòu)和數(shù)值外插之中。 3、根據(jù)截?cái)嘞到y(tǒng)制作相應(yīng)的物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)系泊系統(tǒng)的靜力特性進(jìn)行精心校核、調(diào)整，然后在水池中進(jìn)行模型試驗(yàn)，測(cè)量了6個(gè)不同工況下的FPSO船體運(yùn)動(dòng)、內(nèi)轉(zhuǎn)塔受力和錨泊線張力情況；接下來(lái)應(yīng)用卡明斯脈沖響應(yīng)理論，將頻域水動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，建立FPSO的高頻和低頻運(yùn)動(dòng)方程以及錨泊系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程，采取耦合時(shí)域模擬方法對(duì)截?cái)?/p>

5、系統(tǒng)模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值重構(gòu)，仔細(xì)校核了計(jì)算機(jī)模擬軟件并調(diào)整了相關(guān)水動(dòng)力系數(shù)，使得數(shù)值重構(gòu)結(jié)果和截?cái)嘞到y(tǒng)模型試驗(yàn)結(jié)果符合得很好。 4、總結(jié)歸納出了深海海洋平臺(tái)混合模型試驗(yàn)的實(shí)施流程和關(guān)鍵技術(shù)。 通過(guò)上述研究本論文得到了如下的一些主要成果和結(jié)論： 1、在設(shè)計(jì)截?cái)嘞挡聪到y(tǒng)試驗(yàn)裝置時(shí)，需要一定準(zhǔn)則和指導(dǎo)方針，因?yàn)槲覀儾荒茉谖锢砩显佻F(xiàn)在全水深情況下需要的試驗(yàn)系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)。 2、對(duì)所選的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO船體，它在全水

6、深320m和截?cái)嗨?60m情況下，根據(jù)三維勢(shì)流理論在頻域中計(jì)算出來(lái)的水動(dòng)力系數(shù)幾乎沒(méi)有差別，對(duì)于其它形式的海洋平臺(tái)，當(dāng)全水深和截?cái)嗨疃驾^深時(shí)并且截?cái)喑潭炔淮髸r(shí)，這一規(guī)律也是成立的。 3、給出了數(shù)值重構(gòu)和數(shù)值外插具有實(shí)際操作意義的定義。 4、總的印象是，第二種形式的混合模型試驗(yàn)方法能工作得很好，從較平穩(wěn)海況到較惡劣海況都是如此，這種方法可用于深海平臺(tái)模型試驗(yàn)研究中去。 5、如果截?cái)嗖豢杀苊?，不推薦僅僅直接使用簡(jiǎn)