新型深吃水干树式半潜平台顶张紧立管(TTR)概念设计与分析

摘要

石油化工产品是一个国家工业发展的基础原料。近年来,随着陆地石油的大量开采,人们开始将目光投向蕴含着大量资源的海洋。为了开发海洋油气资源,人们设计了各种不同的海洋结构物。当前,海洋油气开发逐渐向深水发展,这一趋势对海洋结构物设计与分析提出了新的挑战。
　　然而不管采用何种浮式结构物来进行海洋油气开发,都需要有立管系统来连接结构物与海底井口。立管在海洋油气开发中起着重要的作用,然而它同时却也是油气开发系统中最薄弱的环节之一。在各种形式的立管之中,顶张紧立管既可用于钻井、完井、修井,又可用于注水和生产。本文以顶张紧立管(TTR)为例,进行立管的整体分析和设计工作。主要内容包括:
　　(1)运用Aqua和Orcaflex软件来进行新型深吃水半潜式平台的运动分析。分析该平台的频域特性,计算在不同海况下该新型平台与锚泊系统、立管的耦合运动,获取平台的波频和低频时域运动数据,作为后续立管分析的基础。
　　(2)运用Orcaflex软件来分析顶张紧立管的顶张力因子、顶张力器刚度对立管运动响应及受力的影响,结果表明,顶张力因子对立管运动响应及受力影响显著,顶张力器刚度对立管相对于平台的升沉运动影响显著。
　　(3)运用Matlab编制程序实现进化策略算法来进行立管海底端口的布置研究。将自行编制的程序的计算结果与Lingo计算结果进行对比,结果表明,程序能够有效提高计算效率。同时,对于立管数目较多的情况,提出了采用分组计算的方法,可以在保证结果有效性的前提下,显著减少计算时间。
　　(4)运用Orcaflex软件,依据立管规范API RP2RD来进行该新型平台的顶张紧立管系统设计。进行立管运动响应计算,立管强度校核,分析立管疲劳损伤是否满足工作寿命要求,同时,进行立管之间的干扰分析,以避免立管之间碰撞的发生。

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第一章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 海洋环境

2.1 波浪

2.2 海流

2.3 本章小结

第三章 立管分析理论基础

3.1 立管运动方程的建立与求解

3.2 疲劳理论

3.3 立管间的干扰

3.4 本章小结

第四章 平台的运动

4.1 平台的主要参数与海洋环境条件

4.2 平台的运动

4.3 本章小结

第五章 顶张紧立管设计关键参数

5.1 顶张紧立管的基本结构

5.2 顶张力

5.3 立管间距的影响及设计方法

5.4 立管壁厚的影响及设计方法

5.5 本章小结

第六章 顶张紧立管概念设计

6.1设计工况

6.2 立管材料

6.3 初始尺寸

6.4 立管整体初步分析

6.5 张力器设计

6.6 立管构件分析

6.7 立管评估

6.8 本章小结

第七章 总结和展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表或录用的论文

致谢