分體自升式平臺(tái)總體性能及對(duì)接動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、本文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)海洋油氣資源勘探開發(fā)技術(shù)專題項(xiàng)目“分體自升式新型平臺(tái)對(duì)接就位關(guān)鍵技術(shù)研究”,系統(tǒng)開展分體自升式平臺(tái)總體性能及對(duì)接動(dòng)態(tài)特性的研究。本文通過理論研究、數(shù)值仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),主要進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究工作：平臺(tái)總體穩(wěn)性和下分體沉浮安全姿態(tài)研究；海上對(duì)接碰撞時(shí)程及影響因素規(guī)律性分析；對(duì)接牽引索及平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究；實(shí)驗(yàn)室物模試驗(yàn)及分析。主要研究成果總結(jié)如下：
　　 ⑴平臺(tái)總體穩(wěn)性和下分

2、體沉浮安全姿態(tài)研究。建立適合的上、下分體的數(shù)值模型,分油田拖航和遠(yuǎn)洋拖航兩種工況,在不同的風(fēng)向角下計(jì)算風(fēng)浪流聯(lián)合力矩,基于海洋平臺(tái)穩(wěn)性分析軟件PANB研究平臺(tái)上、下分體漂浮過程中的漂浮穩(wěn)性、下分體沉浮過程中的安全姿態(tài)以及對(duì)接后平臺(tái)整體的坐底穩(wěn)性。下分體有下潛到海平面以下的工況,通過配載數(shù)值遞進(jìn)理論,運(yùn)用均勻沉浮流程及其方法研究下分體在沉浮過程的姿態(tài)變化,并找出安全姿態(tài)臨界點(diǎn)。對(duì)完成對(duì)接的平臺(tái)進(jìn)行抗傾穩(wěn)性和抗滑穩(wěn)性分析,計(jì)算綜合環(huán)境載荷產(chǎn)

3、生的分力矩、總力矩、抗傾力矩和傾覆力矩、抗滑和滑動(dòng)力的安全系數(shù)。研究表明平臺(tái)上、下體穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)均滿足完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性,下分體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型式滿足沉浮穩(wěn)定性,平臺(tái)坐底穩(wěn)性均滿足安全要求。
　　 ⑵海上對(duì)接時(shí)程及其影響因素規(guī)律性分析。完成上、下分體在海上對(duì)接過程中的上下分體樁腿碰撞時(shí)程分析和碰撞影響因素的規(guī)律性分析。采取基于拉格朗日理論的有效算法對(duì)碰撞時(shí)程進(jìn)行應(yīng)力波的傳遞過程、規(guī)律的數(shù)值模擬。運(yùn)用動(dòng)力分析程序分析影響因素對(duì)碰撞過程的

4、影響規(guī)律和敏感性。研究表明,碰撞過程是個(gè)毫秒級(jí)的過程,波、流是影響碰撞初始狀態(tài)的主要因素,應(yīng)力值較高部位是樁腿、樁腿相連的輻射板和下體空間斜支撐的接合處;碰撞應(yīng)力值與碰撞力隨著碰撞速度和上體平臺(tái)重量的增大近似線性增加;隨著碰撞角度的增加而顯著增加;摩擦系數(shù)對(duì)碰撞基本沒有影響;選取合適的吸振動(dòng)材料對(duì)碰撞力減小有明顯效果。
　　 ⑶對(duì)接牽引索及平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究。平臺(tái)上、下分體對(duì)接過程采用對(duì)接牽引索機(jī)械引導(dǎo)完成對(duì)接。牽引索在不同環(huán)

5、境條件、不同平臺(tái)重量下的載荷響應(yīng)和位移響應(yīng)性能對(duì)完成平臺(tái)上、下分體正確對(duì)接有重要的指導(dǎo)意義。平臺(tái)分體對(duì)接后,由于水深的增加和惡劣的環(huán)境條件,平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)和樁腿結(jié)構(gòu)動(dòng)力敏感性和非線性響應(yīng)明顯增強(qiáng),對(duì)整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析,保障平臺(tái)作業(yè)安全。運(yùn)用三維線性勢(shì)流理論和Morison理論分析平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng),在不同的影響條件下基于頻域分析方法得出水動(dòng)力系數(shù),通過時(shí)域分析方法研究牽引索應(yīng)力分布和位移響應(yīng)情況。運(yùn)用有限元軟件對(duì)分體式平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)

6、行靜態(tài)分析,選取不同影響參數(shù)對(duì)分體式平臺(tái)靜態(tài)綜合性能進(jìn)行研究。在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上,開展分體式平臺(tái)的模態(tài)分析和瞬態(tài)動(dòng)力分析。研究表明,對(duì)接牽引索的方案的可行性和平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的安全性。
　　 ⑷室內(nèi)物模試驗(yàn)及分析。在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上,設(shè)定基本參數(shù)的相似規(guī)律,建立物理模型。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)平臺(tái)總體性能和對(duì)接動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論與數(shù)值仿真分析結(jié)論相互校核驗(yàn)證平臺(tái)總體穩(wěn)性和對(duì)接動(dòng)態(tài)特性結(jié)論的正確性。通過開展外部環(huán)境載荷聯(lián)合作