海洋平台多浮体水动力耦合分析

摘要

21世纪是海洋能源开发的新世纪，油气资源的开发是海洋资源开发的重要组成部分。随着海洋资源开发的加快和深化，以前被认为很具挑战性的多浮体也越来越普遍。深海油田的开发重要挑战之一是为促进生产平台钻井所需增加的载荷和功能要求。而平台上方重量的增加将大大增加平台的资本成本。为解决面临的挑战，需要开发出可靠又经济的开采平台系统，而钻井支持平台的出现减少了生产平台上的载荷和功能需求。这样由张力腿生产平台和半潜式钻井支持平台形成的海洋平台多浮体在深水作业时具有显著的优势。由于作业的需要，两平台之间的间距不大。为了保证在深水作业时不发生碰撞以及顺利地进行海上钻井作业，对海洋平台多浮体及系泊系统进行水动力耦合分析具有重要的工程应用价值。
　　本文采用时域耦合方法，针对张力腿生产平台和半潜式钻井支持平台组成的海洋平台多浮体进行耦合分析，获得两平台的运动响应及系泊系统的动力响应特性。本论文的主要研究内容可以总结为以下几点：
　　1.海洋平台多浮体的水动力性能研究。在一阶线性波理论和二阶非线性波浪理论的基础上，基于三维频域Green函数法计算了辐射势和绕射势，得到作用在浮体上的波浪载荷。同时，采用 AQWA软件对海洋平台多浮体进行了数值仿真，得到水动力相互作用对平台的附加质量和阻尼系数以及作用在平台上的一阶波激力和定常漂移力的影响。
　　2.单浮体（张力腿生产平台和半潜式钻井支持平台）运动响应及系泊系统动力响应研究。计算得到了单浮体六自由度响应及系泊缆索顶端张力的时间历程曲线，并通过傅里叶变换对这些响应结果进行了频谱分析，讨论了各频率响应成分对运动响应的贡献。
　　3.在风、浪、流联合作用下，海洋平台多浮体及系泊系统运动性能时域耦合分析。探讨了相互作用（水动力相互作用和横向系泊作用）对张力腿生产平台和半潜式钻井支持平台的运动响应和系泊系统动力响应的影响。同时分析了不同浪向下海洋平台多浮体的变化特性。

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英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 海洋平台多浮体的概况

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 AQWA软件的介绍

1.5 本文主要研究工作和创新点

第2章 基本理论

2.1 引言

2.2 表面波理论

2.3 水动力及弯矩

2.4 多浮体间的水动力相互作用

2.5 格林函数法

2.6 浮体的运动

2.7 本章小结

第3章 海洋平台多浮体在规则波下水动力频域分析

3.1 引言

3.2 海洋平台多浮体水动力分析

3.3 本章小结

第 4章 单浮体海洋平台动力响应分析

4.1 引言

4.2 海洋环境

4.3 张力腿平台的运动及系泊系统的耦合分析

4.4 半潜式平台的及系泊系统的耦合分析

4.5 本章小结

第 5 章 海洋平台多浮体耦合动力响应时域分析

5.1 引言

5.2 海洋平台多浮体的系泊系统模拟模型

5.3 海洋平台多浮体的时域仿真

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 论文总结及结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢