深水平臺錨泊定位系統(tǒng)動力特性與響應分析.pdf

1、目前，我國的海洋油氣資源開采主要集中在渤海海域，而占我國領(lǐng)海面積3/4比例的南海海域，油氣資源開發(fā)近乎空白。據(jù)初步估計，整個南海海域的石油地質(zhì)儲量大約在230億-300億噸之間，約占我國總資源量的1/3，屬于世界四大海洋油氣聚集中心區(qū)域之一，具有“第二個波斯灣”的美稱。我國油氣資源開發(fā)目前主要集中在200m水深以下的近海海域，油氣開發(fā)的最大鉆探水深為500多米，最大作業(yè)水深僅為300多米，深水油氣開發(fā)技術(shù)儲備嚴重不足，與國外海洋工程技術(shù)

2、水平差距明顯。令人遺憾的是，在我國南海和周圍國家有所爭議的海域，越南和菲律賓等國家已經(jīng)率先開始在這些爭議海域開始了石油開采，加快南海區(qū)域海洋油氣開采的步伐已經(jīng)迫在眉睫。
　　深海采油平臺一般均需要通過錨泊定位系統(tǒng)來保持其在一個相對固定的位置，所以錨泊定位系統(tǒng)設計是海上浮式結(jié)構(gòu)物整體設計過程中絕不可忽視的重要環(huán)節(jié)。錨泊定位系統(tǒng)性能主要取決于海洋環(huán)境條件、浮式結(jié)構(gòu)物和錨泊線所受的環(huán)境荷載作用、錨泊線的材料及其動力性能、錨泊線布置形式、

3、海水水深等因素的影響。建立合適的數(shù)值計算模型和相應的分析技術(shù)可從機理上研究錨泊定位系統(tǒng)的動力特性、預測錨泊定位性能，并能夠進一步的指導設計及施工。
　　錨泊定位系統(tǒng)的分析主要包括兩部分內(nèi)容：錨泊線自身的性能研究和對浮式結(jié)構(gòu)物的作用。錨泊線自身的性能研究包括其靜動力性能、疲勞性能、錨泊基礎(chǔ)性能三部分。對浮式結(jié)構(gòu)物的作用主要表現(xiàn)在：錨泊阻尼的影響、與浮式結(jié)構(gòu)物的耦合作用。這些問題的解決途徑仍然是數(shù)值模擬與模型試驗兩種方法，但在具體的實

4、施過程中仍然存在很多的問題需要解決。本文主要研究工作包括以下幾部分內(nèi)容：
　　1.利用分段外推法進行錨泊系統(tǒng)靜力特性分析，計算中考慮豎向位移對復合錨泊線回復力特性的影響；采用非線性有限元方法進行錨泊線動力響應計算；對復合錨泊線自振頻率和剛度等動力特性進行比較分析，其中對聚酯纖維錨泊線的材料特性進行了總結(jié)。
　　2.采用非線性有限元時域方法針對深水錨泊線為浮式平臺的阻尼貢獻進行計算；針對不同參數(shù)的影響進行研究并得到一些規(guī)律性認

5、識，并對這些規(guī)律性認識分別進行統(tǒng)一化的公式擬合；對復合錨泊線的錨泊阻尼特性進行比較。
　　3.針對HYSY-981半潛式平臺，在哈爾濱工業(yè)大學大氣邊界層風洞及波浪模擬水槽中進行物理模型試驗；基于靜力等效設計等效水深截斷錨泊系統(tǒng)；獲得半潛式平臺及其錨泊系統(tǒng)的運動響應試驗數(shù)據(jù)；根據(jù)模型試驗與數(shù)值模擬的比較結(jié)果，提出利用粘滯阻尼器補償截斷錨泊線和全水深錨泊線動力性能差別的新概念；對具有粘滯阻尼器補償截斷錨泊系統(tǒng)的半潛式平臺運動響應及錨泊

6、張力進行數(shù)值計算，并與原計算結(jié)果進行比較。
　　4.對DDMS平臺及其錨泊系統(tǒng)進行各短期海況下的運動響應計算，計算分別采用鋼鏈-鋼索-鋼鏈系統(tǒng)和鋼鏈-聚酯纖維系纜-鋼鏈系統(tǒng)兩種具有相同靜回復力特性的錨泊系統(tǒng)；采用雨流計數(shù)法對錨泊線頂端張力時程進行統(tǒng)計得到疲勞載荷譜；采用基于S-N曲線的Palsren-Miner線性累計損傷理論對這兩種錨泊線在長期海況下的疲勞壽命進行比較計算。
　　5.采用ABAQUS建立拖曳錨極限抗拔力分析