深海系泊系統(tǒng)模型截斷技術研究.pdf

1、隨著人類對海洋油氣需求的不斷擴大,現(xiàn)有的淺水油氣資源已經不能滿足需要,人們已經把目光投向深海,各種新型的深海采油平臺也應運而生并得到了快速發(fā)展。模型試驗是對海洋平臺及其系泊系統(tǒng)設計進行檢驗的重要手段之一,但對于深海平臺系泊系統(tǒng)模型試驗時,通常會遇到一個問題,海洋工程水池的深度和跨度不能滿足系泊系統(tǒng)的需要,只能對系泊線采取等效截斷處理。本文以此為動機,從水池深度不足和跨度不足兩個方面對深海系泊系統(tǒng)截斷技術進行了深入系統(tǒng)的研究,并通過模型試

2、驗予以驗證。論文主要就以下方面進行了探討。
　　 首先,由于對系泊線進行靜態(tài)特性分析是對系泊系統(tǒng)初步分析的基本方法,是對模型試驗時系泊系統(tǒng)等效截斷設計的基礎,為了后續(xù)章節(jié)使用方便,根據(jù)懸鏈線理論推導了系泊線的靜態(tài)特性方程,并編寫了相應計算分析程序,通過實例驗證了程序的準確性。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,對一深水內轉塔式FPSO系泊系統(tǒng)進行數(shù)值模擬計算,從而為后續(xù)的深水池模型試驗和試驗方法的

3、驗證提供準備。應用頻域勢流理論計算FPSO在規(guī)則波下的波浪載荷和線性響應RAO,QTF等?？紤]系泊線、立管與FPSO之間的耦合效應,在時域內對整個系統(tǒng)進行總體性能分析。對系泊線的模擬,采用擬靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩種方法并進行比較。將計算結果與MARIN水池已有試驗結果進行比較后發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的靜態(tài)特性和在環(huán)境載荷下的FPSO總體響應都吻合很好,證明了計算方法和各參數(shù)設置的合理性。對于系泊線的受力,動態(tài)分析結果與試驗結果吻合良好,但擬靜態(tài)分析結

4、果偏低,這也是目前不可避免的問題。以上的工作證明了數(shù)值模擬的可靠性。
　　 再次,針對海洋工程水池深度不能滿足系泊系統(tǒng)模型試驗要求的問題,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)三方面進行分析,分別提出了等效水深截斷設計的方法,步驟和計算公式。對于懸鏈線式系泊系統(tǒng),一定要保持截斷前后系泊線的懸鏈線特性不變,據(jù)此確定系泊線長度和系錨點位置,以及其它特性參數(shù)。對于鋼懸鏈立管系統(tǒng),立管材料單一,截斷方法與懸鏈線式系泊系統(tǒng)類似

5、。對于張緊式系泊系統(tǒng),針對截斷因子較大和較小兩種情況分別提出截斷方案,以滿足不同的截斷需要。并根據(jù)所提截斷方案,對DEEPSTAR內轉塔式FPSO系泊系統(tǒng),分多種情況和不同作業(yè)水深,分別進行了等效水深截斷設計,并對截斷前后系統(tǒng)的靜動態(tài)特性進行比較,符合情況良好,證明截斷設計是合理的。
　　 然后,針對海洋工程水池跨度不能滿足系泊系統(tǒng)模型試驗要求的問題,從截斷因子不同出發(fā),提出三種截斷方案:當截斷因子較大時,只對底部系泊線進行截斷

6、處理,或者只對中間部分系泊線進行截斷處理,當截斷因子較小時,對底部和中間部分系泊線都進行截斷處理。并仍以DEEPSTAR的FPSO系泊系統(tǒng)為研究對象,選擇不同的水池跨度,進行多方案截斷設計,通過分析發(fā)現(xiàn),從靜態(tài)特性結果看,只對底部系泊線進行截斷的效果最好,但從時域耦合動態(tài)結果看,三方案的截斷效果都很好,截斷前后FPSO的運動、系泊線的受力都吻合良好。
　　 最后,對于前述的內轉塔式FPSO系泊系統(tǒng),在哈爾濱工程大學50m×30m

7、×10m的深水池進行模型試驗,主要包括FPSO的自由衰減和在規(guī)則波作用下的運動響應試驗,FPSO系泊系統(tǒng)在靜水中和不規(guī)則波中的試驗。首先進行全水深914m的試驗,然后將其系泊系統(tǒng)分別截斷到736m和460m水深進行試驗,736m和460m截斷水深試驗結果與914m全水深試驗結果以及數(shù)值計算結果吻合較好,進一步驗證了數(shù)值計算和截斷設計的正確性。最后對兩截斷水深試驗分別進行數(shù)值重構,并向全水深系統(tǒng)外推,外推結果與全水深試驗結果吻合良好,在一