半潜式平台系泊系统型式及其动力特性研究

半潜式平台由数个立柱和水平浮体相联结,以支撑上部模块,立柱的水线面面积较小,抗风浪能力强,适应水深范围广,钻机能力强,具有多种作业功能,在深水油气开发中得到广泛应用。 半潜式平台一般需要通过系泊系统长期系泊于恶劣的海洋环境中作业,通常由辐射状布置的8个以上系泊缆组成,对于定位能力要求高的浮体还配有动力定位系统。考虑到动力定位系统在使用中初始设备成本高,以及包括燃料消耗、维修、周期性测试、人员培训在内的操作费用较高等缺陷,系泊系统具有更广的适用水深范围和较高的工程实用价值。系泊系统既要保证浮体运动满足作业工况和生存工况要求,防止钻井立管、生产立管断裂,又要避免系泊缆与附近海域的船舶,作业平台系统和海底管道之间的碰撞。因此在设计这类新型海洋结构物时,正确选择系泊系统型式,并确定其在海洋环境载荷作用下的运动响应及动力响应显得十分重要。 论文通过理论分析和数值计算对一座预想工作海域为我国南海的半潜式钻井平台在不同水深的系泊系统的选型和动力特性进行研究。 论文主要工作以下几个方面: 1、深水浮式生产系统耦合分析方法研究本文依据三维势流理论和系泊缆动力计算有限元法在频域、时域中耦合分析浮体和系泊系统的运动、动力特性,充分考虑系泊缆的刚度,拖曳力,惯性力和流载荷对动态系统的影响。 2、系泊系统动力特性影响参数的研究 本文分析系泊缆的相关参数、系泊缆布置角度和数目对半潜平台悬链线式系泊系统运动响应和动力响应的影响规律,合理选取系泊系统设计参数可以有效控制平台运动和系泊缆动力响应。 3、悬链线式和张紧式系泊系统比较研究 本文比较深水张紧式和悬链线式系泊半潜式平台的定位能力、有效性以及动力响应,分析系泊缆拖曳力变化对张紧式和悬链线式系泊动力效应的影响,以及张紧式和悬链线式系泊缆节点运动特点。随着半潜式平台向深海发展,悬链线式系泊系统总重量增加,动力效应显著,半潜平台甲板可变载荷需要和设计浮力的限制使深水聚酯缆张紧式系泊系统的应用更为普遍。 4、不同水深系泊系统动力特性研究 随着海上油气开发向深海发展,深水系泊系统设计研究遇到更大的挑战,本文主要计算不同水深的悬链线式和张紧式系泊系统运动和动力响应结果,评估传统的钢缆悬链式系泊和聚酯缆张紧式系泊的适用水深范围。 本论文围绕深水半潜式平台系泊系统的型式和动力特性问题展开了一系列工作,对深海半潜式平台系泊系统的数值计算方法、系泊系统动力特性影响参数、不同水深不同系泊系统动力特性等方面的内容进行了研究,得到了相应的研究结果可为不同水深系泊系统型式的选取和设计提供参考。