浮托安装作业仿真系统及其应用研究

摘要

海洋平台的安装是海上油气开发的关键技术之一。鉴于传统的浮吊法耗时长、成本高以及较多受水深和风浪条件等因素制约的缺陷，且无法满足大型平台组块的实际安装要求，浮托安装作业方法应运而生。随着海洋平台日渐大型化，海洋环境复杂多变，加上工作人员缺乏海洋平台安装的经验，势必会带来一定的安全性问题。因此，为保障海上工程作业过程的安全性，有必要建立一种海洋平台安装仿真系统，在开展海洋工程作业前进行仿真预演。本文以文昌气田群开发项目中海洋石油228船为研究对象，利用浮托安装作业仿真计算的理论，模拟浮托安装就位停泊、进船作业、载荷转移各作业阶段，建立浮托安装作业仿真系统，为其工程化应用提供数据支撑和安全保障。本文主要开展了如下工作:
　　以HLA分布式仿真技术为理论基础，将浮托安装仿真系统分为视景仿真、运动仿真、教练员仿真及物理仿真四大系统模块，对各分系统进行详细的介绍及功能分析。
　　基于船舶运动学和动力学模型，建立海洋石油228驳船时域运动方程，为满足实际工程数据的需求，从驳船所受到的外力出发，建立相应的环境力、锚链力及驳船运动学模型，分析浮托安装对接前驳船六自由度运动，并与实测数据进行对比。
　　在考虑驳船在海浪、流等环境力作用的情况下，针对浮托安装载荷转移阶段，通过LMN和DSU等对接装置之间的相互耦合以及锚链、交叉线缆等定位装置与导管架，构成一个较为复杂的耦合系统，建立载荷转移时域运动方程并对驳船进行受力及运动分析和数值模拟。
　　依托于文昌浮托安装工程项目，对仿真预演以及人员培训进行计划，分析仿真过程中可能出现的案例，计算与分析不同海况下驳船的运动姿态，为浮托安装仿真工程化应用提供可靠的安全保障。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2海上平台安装方法

1．2．1海上平台安装方法综述

1．2．2浮托安装方法简介

1．3浮托安装发展现状

1．3．1国外研究发展现状

1．3．2国内研究发展现状

1．4本文的主要工作

第2章基于HLA分布式的仿真系统总体设计

2．1浮托安装仿真系统划分

2．2基于HLA的分布式仿真技术

2．2．1浮托安装仿真系统结构

2．2．2仿真数据时空一致性

2．2．3仿真时间推进

2．2．4通用仿真控制台设计技术

2．3视景仿真系统

2．3．1三维模型数据库建立

2．3．2视景仿真驱动

2．4运动仿真系统

2．5教练员系统

2．5．1教练员系统简介

2．5．2教练员系统功能设计

2．6物理仿真系统

2．6．1拖轮后操控台设备及台体

2．6．2锚机操作台控制面板

2．7本章小结

第3章浮托安装对接前驳船运动分析

3．1驳船运动学及动力学模型

3．1．1坐标系定义

3．1．2坐标系转换

3．1．3动力学模型

3．2环境力及力矩的数学模型

3．2．2波浪力计算

3．3系泊系统动力分析

3．4驳船与锚链耦合运动

3．4．1锚链线参数

3．4．2锚链线动力数值仿真分析

3．5驳船实测仿真运动数据对比分析

3．5．1实测环境监测

3．5．2仿真运动数据对比结果分析

3．6本章小结

第4章浮托安装载荷转移阶段受力分析

4．1载荷转移过程分析

4．2．1时域运动方程的建立与求解

4．2．2 LMU动力学模型

4．2．3 DSU动力学模型

4．4浮托安装驳船受力数值分析

4．4．1运动结果分析

4．4．2受力结果分析

4．5本章小结

第5章浮托安装仿真工程化应用

5．1浮托安装工程项目介绍

5．2仿真预演以及人员培训

5．3常规状态仿真案例分析

5．3．1仿真流程安排

5．3．2仿真案例分析

5．4应急仿真案例分析

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢