深海半潛式平臺波浪爬升及近場干涉效應研究.pdf

1、隨著人類對石油氣的需求量不斷增加，深海石油氣資源的勘探開發(fā)技術也不斷進步與發(fā)展，半潛式平臺在深海石油氣開采中得到廣泛的應用。由于深海海洋環(huán)境不斷惡化，嚴重影響到工作人員正常生活以及海洋平臺結構安全，其中平臺的氣隙性能直接關系到平臺的安全狀況，是衡量平臺安全性能的重要指標之一，對平臺結構設計具有重要的意義。半潛式平臺波浪爬升、近場干涉以及氣隙響應的分析研究是目前國內外海洋工程界的前沿課題并處于起步階段，受到了海洋工程領域研究者的廣泛關注和

2、重視。
　　本文在對計算流體力學及平臺波浪爬升、近場干涉和氣隙響應理論知識深入了解的基礎上，采用計算流體力學軟件（FINE/Marine）開展了兩種波浪環(huán)境（規(guī)則波、不規(guī)則波），三種平臺模式（固定模式、自由模式、系泊模式）共計72個計算工況的數值模擬計算，并結合自編程后處理軟件給出了半潛式平臺波浪爬升、近場干涉、氣隙響應的數值預報分析研究。具體研究工作及結論如下：
　　較為全面地分析了不同浪向角和波浪要素（入射波高、周期）下

3、對波浪爬升沿立柱迎浪面和四立柱周向分布規(guī)律的影響；對比分析三種平臺模式下平臺立柱波浪爬升幅度及變化規(guī)律。結果表明：波浪爬升高度隨著距立柱迎浪面距離的減小而增大，在立柱近壁面附近達到最大值，最大放大因素約為3.0，并出現波浪破碎和飛濺等強非線性現象；波浪爬升幅度隨迎浪面面積增大而減小，浪向角β=0°時普遍較大；四立柱周向波浪爬升呈“W”形分布；運動模式對波浪爬升影響較大，平臺固定模式波浪爬升效應較為明顯，垂向三個自由度對波浪爬升起著決定性

4、的作用。
　　針對半潛式平臺近場干涉現象，探討了平臺立柱和下浮體間發(fā)生近場干涉現象的一些基本規(guī)律；分析了不同平臺模式、浪向角和波浪要素對四立柱間近場干涉影響；進一步研究了平臺發(fā)生近場干涉現象時平臺內場波面分布特征。結果表明：周期較小時，入射波、反射波、繞射波與結構運動的輻射波疊加較為頻繁，波面升高較大；四立柱內場發(fā)生干涉后，波峰線出現彎曲，沿波浪傳播方向出現峰谷值不對稱現象；浪向角β=45°較其它浪向角近場干涉現象更為明顯；平臺系

5、泊和自由模式比固定模式近場干涉引起的波面升高較大，波面分布較為復雜；波面升高極大值主要集中于迎浪面立柱前緣和后立柱內側區(qū)域，最大波面升高可以達到入射波高的2.57倍。
　　重點分析了不同浪向角和波浪要素對平臺氣隙響應的影響規(guī)律；對比統(tǒng)計三種平臺模式下平臺下甲板相同觀測點的負氣隙量變化情況，定量研究系泊系統(tǒng)對半潛式平臺負氣隙量大小和分布的影響；簡要分析了平臺懸鏈線張力的分布情況；詳細研究平臺非線性砰擊效應以及不同平臺模式、浪向角、波

6、浪要素對砰擊壓強大小的影響。結果表明：相同周期下，負氣隙量隨入射波高的增加而增加；當入射波的譜峰周期與平臺的垂向三個自由度的固有周期接近時，平臺運動較為劇烈，負氣隙量較大；相同海況下，平臺垂向約束越強，負氣隙越大，最大負氣隙量達到8.64m；平臺迎浪面兩根懸鏈線的張力最大，最大張力達到2695.9kN；平臺出現負氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在立柱迎浪面附近和下甲板的邊緣處，只有在高海況下，下甲板中間區(qū)域才會出現負氣隙量，產生較大砰擊壓強，非線性砰