浮态制造过程中圆筒型海工平台的运动响应及缆绳张力研究

摘要

随着全球经济的飞速发展，人类对化石能源的需求越来越高。然而陆地上以及近海岸的油气资源日渐枯竭。由于深海蕴藏着丰富的油气资源，进军深海已成为必然趋势。我国海域辽阔，储存有大量的海洋油气资源。但是，目前我国对其开发的技术水平不高，与世界先进国家存在着很大差距。因此，从国家能源安全考虑，研制专门用于深海油气资源开采的钻井平台有着重要的战略意义。
　　在研制世界首座圆筒型海工平台SEVAN650的过程中，由于制造条件特殊和下水困难等问题，采用了浮态制造这一新方法。它以水的浮力作为平台的支撑，将漂浮着的半成品平台作为制造基底，以“分层叠加，逐层制造”的方式来制造整个钻井储油平台。圆筒型海工平台在浮态制造过程中由码头系泊系统系于制造水域，将产生复杂的运动。系泊系统对于常规系泊状态下平台的浮态制造精度以及台风等极限条件下系泊安全有着非常显著的影响。因此，对于浮态制造过程中平台的运动响应和码头系泊系统的张力研究显得尤为重要。
　　本文以圆筒型海工平台为研究对象，对浮态制造过程中不同工况下平台的运动响应以及不同形式的系泊系统的力学性能进行了研究，并且根据计算结果对系泊系统提出改进方案。本论文的主要工作内容如下:
　　(1)利用AQWA软件建立圆筒型海工平台水深20 m时的有限元模型，在频域范围内对平台的水动力性能进行详细研究，总结平台在波浪中的运动响应特征，为平台与系泊缆绳的时域分析提供基础。
　　(2)根据频域计算结果，在时域范围内分别对两个时段常规系泊状态下平台的运动响应和系泊缆绳张力进行数值计算，分析系泊系统是否满足浮态制造的精度要求。
　　(3)模拟了在台风等极限条件下系泊系统对平台的束缚作用，求出原系泊系统所能承受的最大风力等级。最后根据极限条件下，缆绳受力情况，对原系泊系统进行优化改进，提出一种新的系泊系统形式，使其能够保证在台风状态下的系泊安全，避免缆绳断裂而发生重大事故。
　　本文对浮态制造过程中圆筒型海工平台所采用的码头系泊系统进行了系统的研究分析，研究成果能够丰富浮态制造这一理论，为浮态制造的系泊系统设计提供理论依据，同时对于我国巨型海工平台制造技术的提高起一定的促进作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 深海浮式平台概述

1．2．1 浮式生产储油船

1．2．2 张力腿平台

1．2．3 立柱式平台

1．2．4 半潜式平台

1．3 圆筒型钻井储油平台浮态制造技术

1．4 码头系泊系统研究

1．4．1 浮式结构码头系泊系统研究现状

1．4．2 圆筒型海洋储油平台码头系泊系统研究现状

1．5 本文主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 浮态制造方法

2．1 圆筒型海工平台的浮态制造方法

2．1．1 圆筒型海工平台浮态制造方法过程

2．1．2 浮态制造方法特点

2．2 圆筒型海工平台的制造系统

2．2．1 浮态制造系统

2．2．2 码头系泊系统

2．3 本章小结

第三章 码头系泊基础理论

3．1 势流理论

3．1．1 坐标系定义

3．1．2 线性势流理论

3．1．3 流体作用力

3．2 环境载荷

3．2．1 波浪载荷

3．2．2 风载荷

3．2．3 流载荷

3．3 系泊缆绳计算原理

3．4 护舷

3．5 运动方程

3．6 本章小结

第四章 圆筒型海工平台的水动力性能特性

4．1 AQWA概述

4．2 水动力模型

4．3 计算结果分析

4．3．1 附加质量和阻尼系数

4．3．2 一阶波浪激励力

4．3．3 二阶平均波浪力

4．3．4 平台运动响应

4．4 本章小结

第五章 浮态制造过程中码头系泊系统时域计算

5．1 码头与系泊系统

5．2 环境条件

5．3 模型建立

5．3．1 码头和圆筒型海工平台设置

5．3．2 风流载荷系数计算

5．3．3 系泊缆绳设置

5．3．4 护舷设置

5．4 计算结果分析

5．4．1 圆筒型海工平台时域运动分析

5．4．2 系泊缆绳张力特性分析

5．5 本章小结

第六章 台风状态下码头系泊系统时域研究

6．1 极限条件下初分析

6．1．1 工况条件

6．1．2 计算结果分析

6．2 台风状态下系泊系统研究

6．2．1 台风状态下工况条件

6．2．2 时段一平台系泊系统计算

6．2．3 时段二平台系泊系统计算

6．2．4 计算结果分析

6．3 系泊系统的改进

6．3．1 系泊系统新形式

6．3．2 新系泊系统计算分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．1．1 本文总结

7．1．2 创新点

7．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

附录