深水半潜式平台气隙响应概率分析与数值研究

摘要

半潜式平台因其运动响应较小、抗风浪能力强、适应水深范围广等优点，在深海油气勘探和开采中得到了广泛应用。复杂恶劣的深海海洋环境对半潜式平台的安全性形成了严峻挑战，其中气隙性能的好坏关系着生产作业及人员的安全，是半潜式平台设计中的一个关键问题。海洋工程界往往通过模型试验测得的相对波浪升高来研究和确定平台的气隙性能。
　　本文以一设计水深为1500 m的半潜式平台为研究对象，对其在极端海况下的气隙响应开展概率分析和数值预报研究。首先进行数值计算，得到半潜式平台水动力计算结果，为模型试验提供可靠的依据。接着进行水池模型试验研究，获得一系列水动力特性及典型位置处的相对波浪升高时历数据，并根据试验结果对数值模型进行完善。
　　其次对模型试验中不同海况不同位置处浪高仪测得的相对波浪升高时历数据进行统计分析，读取每一时历中的峰值数据构成次序样本，对其进行概率分析。假设每组相对波浪升高峰值服从双参数 Weibull分布和三参数非线性Rayleigh分布，引入L矩法，分别对两模型中的未知参数进行估计，得到相应的超越概率分布曲线。根据结果分析得到三参数非线性Rayleigh分布模型更能反映相对波浪升高峰值分布，但不能有效的拟合较小超越概率所对应的试验数据值。进而引入高阶LH矩法对该模型进行进一步研究分析，结果表明：随着LH矩阶数的增加，三参数非线性Rayleigh分布可以很好的拟合非线性较弱的一年一遇海况下相对波浪升高较大部分峰值，对于百年一遇海况下非线性较强的相对波浪升高较大部分峰值，拟合程度较L矩法也显著改善。
　　最后对该半潜式平台的气隙响应进行了时域数值计算，并将数值计算结果与模型试验结果的统计值进行了对比分析。结果表明：基于三维线性势流理论的时域数值计算，可以模拟非线性较弱的相对波浪升高极值响应，但与非线性较强的相对波浪升高极值响应偏差较大；试验与数值计算结果的标准差基本一致，从总体上说明了时域计算可以反映真实相对波浪升高的变化。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究问题的提出

1.3 气隙研究进展简述

1.4 本文主要研究工作及创新点

第二章 数值计算理论与模型

2.1 三维势流理论

2.2 频域计算理论

2.3 时域计算理论

2.4 数值计算模型

2.5 本章小结

第三章 深水半潜式平台水动力模型试验研究

3.1 概述

3.2 试验模型

3.3海洋环境条件模拟

3.4试验结果与分析

3.5 不同海况下的相对波浪升高特性分析

3.6 本章小结

第四章 基于L矩法的气隙响应概率分析

4.1 概述

4.2 概率分布模型

4.3 参数估计方法—L矩法

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 基于LH矩法的气隙响应概率分析

5.1 概述

5.2 概率分布模型

5.3 参数估计方法—LH矩法

5.4 结果与分析

5.5 本章小结

第六章 深水半潜式平台气隙响应的数值计算

6.1 计算方法

6.2 一年一遇海况下的相对波浪升高响应分析

6.3 百年一遇海况下的相对波浪升高响应分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文研究工作总结

7.2 进一步研究工作与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表（或录用）的学术论文