深海系泊系統(tǒng)模型截?cái)嗉夹g(shù)研究.pdf

1、隨著人類對(duì)海洋油氣需求的不斷擴(kuò)大,現(xiàn)有的淺水油氣資源已經(jīng)不能滿足需要,人們已經(jīng)把目光投向深海,各種新型的深海采油平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生并得到了快速發(fā)展。模型試驗(yàn)是對(duì)海洋平臺(tái)及其系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)的重要手段之一,但對(duì)于深海平臺(tái)系泊系統(tǒng)模型試驗(yàn)時(shí),通常會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題,海洋工程水池的深度和跨度不能滿足系泊系統(tǒng)的需要,只能對(duì)系泊線采取等效截?cái)嗵幚?。本文以此為?dòng)機(jī),從水池深度不足和跨度不足兩個(gè)方面對(duì)深海系泊系統(tǒng)截?cái)嗉夹g(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,并通過(guò)模型試

2、驗(yàn)予以驗(yàn)證。論文主要就以下方面進(jìn)行了探討。
　　 首先,由于對(duì)系泊線進(jìn)行靜態(tài)特性分析是對(duì)系泊系統(tǒng)初步分析的基本方法,是對(duì)模型試驗(yàn)時(shí)系泊系統(tǒng)等效截?cái)嘣O(shè)計(jì)的基礎(chǔ),為了后續(xù)章節(jié)使用方便,根據(jù)懸鏈線理論推導(dǎo)了系泊線的靜態(tài)特性方程,并編寫了相應(yīng)計(jì)算分析程序,通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了程序的準(zhǔn)確性。該程序可用于各種不同類型的系泊線靜態(tài)特性分析。
　　 其次,對(duì)一深水內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,從而為后續(xù)的深水池模型試驗(yàn)和試驗(yàn)方法的

3、驗(yàn)證提供準(zhǔn)備。應(yīng)用頻域勢(shì)流理論計(jì)算FPSO在規(guī)則波下的波浪載荷和線性響應(yīng)RAO,QTF等。考慮系泊線、立管與FPSO之間的耦合效應(yīng),在時(shí)域內(nèi)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體性能分析。對(duì)系泊線的模擬,采用擬靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩種方法并進(jìn)行比較。將計(jì)算結(jié)果與MARIN水池已有試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的靜態(tài)特性和在環(huán)境載荷下的FPSO總體響應(yīng)都吻合很好,證明了計(jì)算方法和各參數(shù)設(shè)置的合理性。對(duì)于系泊線的受力,動(dòng)態(tài)分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,但擬靜態(tài)分析結(jié)

4、果偏低,這也是目前不可避免的問(wèn)題。以上的工作證明了數(shù)值模擬的可靠性。
　　 再次,針對(duì)海洋工程水池深度不能滿足系泊系統(tǒng)模型試驗(yàn)要求的問(wèn)題,從懸鏈線式系泊系統(tǒng)、鋼懸鏈立管系統(tǒng)和張緊式系泊系統(tǒng)三方面進(jìn)行分析,分別提出了等效水深截?cái)嘣O(shè)計(jì)的方法,步驟和計(jì)算公式。對(duì)于懸鏈線式系泊系統(tǒng),一定要保持截?cái)嗲昂笙挡淳€的懸鏈線特性不變,據(jù)此確定系泊線長(zhǎng)度和系錨點(diǎn)位置,以及其它特性參數(shù)。對(duì)于鋼懸鏈立管系統(tǒng),立管材料單一,截?cái)喾椒ㄅc懸鏈線式系泊系統(tǒng)類似

5、。對(duì)于張緊式系泊系統(tǒng),針對(duì)截?cái)嘁蜃虞^大和較小兩種情況分別提出截?cái)喾桨?以滿足不同的截?cái)嘈枰?。并根?jù)所提截?cái)喾桨?對(duì)DEEPSTAR內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊系統(tǒng),分多種情況和不同作業(yè)水深,分別進(jìn)行了等效水深截?cái)嘣O(shè)計(jì),并對(duì)截?cái)嗲昂笙到y(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行比較,符合情況良好,證明截?cái)嘣O(shè)計(jì)是合理的。
　　 然后,針對(duì)海洋工程水池跨度不能滿足系泊系統(tǒng)模型試驗(yàn)要求的問(wèn)題,從截?cái)嘁蜃硬煌霭l(fā),提出三種截?cái)喾桨?當(dāng)截?cái)嘁蜃虞^大時(shí),只對(duì)底部系泊線進(jìn)行截?cái)?/p>

6、處理,或者只對(duì)中間部分系泊線進(jìn)行截?cái)嗵幚?當(dāng)截?cái)嘁蜃虞^小時(shí),對(duì)底部和中間部分系泊線都進(jìn)行截?cái)嗵幚?。并仍以DEEPSTAR的FPSO系泊系統(tǒng)為研究對(duì)象,選擇不同的水池跨度,進(jìn)行多方案截?cái)嘣O(shè)計(jì),通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),從靜態(tài)特性結(jié)果看,只對(duì)底部系泊線進(jìn)行截?cái)嗟男Ч詈?但從時(shí)域耦合動(dòng)態(tài)結(jié)果看,三方案的截?cái)嘈Ч己芎?截?cái)嗲昂驠PSO的運(yùn)動(dòng)、系泊線的受力都吻合良好。
　　 最后,對(duì)于前述的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊系統(tǒng),在哈爾濱工程大學(xué)50m×30m

7、×10m的深水池進(jìn)行模型試驗(yàn),主要包括FPSO的自由衰減和在規(guī)則波作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn),FPSO系泊系統(tǒng)在靜水中和不規(guī)則波中的試驗(yàn)。首先進(jìn)行全水深914m的試驗(yàn),然后將其系泊系統(tǒng)分別截?cái)嗟?36m和460m水深進(jìn)行試驗(yàn),736m和460m截?cái)嗨钤囼?yàn)結(jié)果與914m全水深試驗(yàn)結(jié)果以及數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合較好,進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算和截?cái)嘣O(shè)計(jì)的正確性。最后對(duì)兩截?cái)嗨钤囼?yàn)分別進(jìn)行數(shù)值重構(gòu),并向全水深系統(tǒng)外推,外推結(jié)果與全水深試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,在一