半潜式干树深水平台运动响应研究

摘要

相对于湿式采油树，干式采油树既可以钻井也可用于完井生产，其维修和管理也更为便捷，经济效益更高。目前，采用干式采油树的浮式平台主要有 TLP和 Spar，但这两种平台分别会受水深和可变载荷的限制。半潜式平台则没有这些限制，但干式采油树系统主要应用顶部张紧式立管（TTR），目前TTR立管的总冲程限制在10m以内。因此，干式采油树对平台和TTR相对运动要求较高，特别是垂荡运动。
　　本研究主要内容包括：⑴对缩尺比为1:70的干树式半潜平台模型进行水池试验。首先，在静水中进行横摇和纵摇自由衰减试验，得到平台在无系泊状态下的固有周期和阻尼系数等关键参数。随后，在白噪声不规则波条件下，对干树式半潜平台模型进行幅频响应函数（RAO）试验，测得不同浪向角时平台的六自由度RAO。⑵应用水动力软件AQWA建立干树式半潜平台的无系泊数值模型，以试验获得的阻尼系数为依据，计算不同浪向角时平台的六自由度RAO和固有周期，将计算结果与试验结果对比，验证数值模型的正确性。⑶对干树式半潜平台模型进行不规则波运动响应试验，试验采用水平系泊方式，环境条件的模拟仅考虑波浪，包括一年一遇工作海况和百年一遇极限海况，试验分别得到不同环境条件作用下135°和180°浪向角平台的横摇、纵摇和垂荡运动响应。⑷采用AQWA软件对试验时的水平系泊进行数值模拟，计算在不规则波作用下135°和180°浪向角时平台的运动响应。针对平台的横摇、纵摇和垂荡运动，将数值计算统计结果和试验值进行对比分析，验证数值计算时阻尼系数选取的正确性。随后，对干树式半潜平台进行系泊条件下数值计算，校核不同工况时平台的运动响应是否满足设计要求。⑸对干树式半潜平台在拖曳水池中进行涡激运动试验。模型由恒定航速的航车拖行，使模型获得稳定的流场。试验测量和记录了干式半潜平台的横向和顺流向运动，并画出平台在180°浪向角不同来流速度下的平面运动轨迹，分析漩涡脱落对平台运动的影响。

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第1章 绪论

1.1论文背景与研究意义

1.2干树式半潜平台的发展

1.3国内外研究现状

1.4研究工作和主要内容

第2章 半潜式干树平台理论分析

2.1三维势流理论

2.2 Morison方程

2.3频域运动方程

2.4水动力参数

2.5系泊系统动力计算

2.6时域范围内平台运动响应方程的求解

2.7本章小结

第3章 半潜式干树深水平台运动响应模型试验

3.1试验条件

3.2试验原理

3.3试验模型

3.4自由衰减试验

3.5 RAO试验

3.6不规则波耐波运动试验结果

3.7本章小结

第4章 半潜式干树深水平台运动响应数值模拟

4.1半潜式干树深水平台总体响应标准

4.2平台系泊系统主要参数

4.3半潜式干树深水平台数值模型的建立

4.4半潜式干树深水平台的RAO数值模拟结果

4.5 RAO试验结果与数值计算对比

4.6水平系泊耐波性试验结果与数值计算对比分析

4.7系泊条件下不规则波运动响应

4.8本章小结

第5章 半潜式干树平台涡激运动模型试验

5.1试验条件

5.2试验工况

5.3半潜式干树深水平台涡激运动轨迹图

5.4不同来流速度涡激运动试验结果统计

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