半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性研究及設(shè)計(jì)方案優(yōu)選.pdf

1、半潛式平臺(tái)作為典型深海平臺(tái)，憑借其抗風(fēng)能力較強(qiáng)，工作水深適應(yīng)范圍廣，鉆井能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)在海洋石油勘探開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，與淺水固定式平臺(tái)不同，深水浮式平臺(tái)在海洋環(huán)境中具有十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性，且浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)直接關(guān)系著人員安全、設(shè)備安全、正常生產(chǎn)以及鉆采方式等各個(gè)方面。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)半潛式平臺(tái)水動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)平臺(tái)鉆井開采工作具有十分重要的意義。
　　本文分別采用基于勢(shì)流理論的軟件 AQWA及基于粘流理論的軟件FINE/

2、Marine對(duì)半潛式平臺(tái)的水動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、氣隙等進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析，并以半潛式平臺(tái)的垂向位移為主要目標(biāo)進(jìn)行了平臺(tái)的改型設(shè)計(jì)及方案優(yōu)選。
　　應(yīng)用AQWA軟件的LINE模塊對(duì)半潛式平臺(tái)的水動(dòng)力進(jìn)行頻域分析，得到附加質(zhì)量、輻射阻尼及不同波浪入射角下的幅值響應(yīng)算子、一階波浪力與二階波浪力等水動(dòng)力系數(shù)；應(yīng)用 FINE/Marine軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)受迫正弦運(yùn)動(dòng)，通過觀測(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)曲線及運(yùn)動(dòng)方向的受力曲線，經(jīng)數(shù)學(xué)模型換算得到平臺(tái)的粘性附加質(zhì)量。

3、
　　應(yīng)用AQWA軟件的DRIFT模塊，開展了5種海況、5個(gè)浪向角共計(jì)25種工況下的半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬，得到平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)及加速度的歷時(shí)曲線，并對(duì)25種工況下的計(jì)算結(jié)果按照浪向角和波浪參數(shù)進(jìn)行分類分析，結(jié)果顯示平臺(tái)縱蕩與橫蕩性能滿足規(guī)范要求，而平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)幅值較大，最大值達(dá)到了15.7m，超過了規(guī)范要求，平臺(tái)橫搖極值達(dá)到了28°，艏搖達(dá)到了12°，均超過規(guī)范規(guī)定的10°，平臺(tái)的縱搖性能滿足規(guī)范要求，平臺(tái)橫蕩加速度達(dá)到1.

4、5m/s2，縱蕩加速度達(dá)到1.7m/s2，橫向運(yùn)動(dòng)加速度相對(duì)較大，會(huì)造成人類勞動(dòng)的不適，而垂蕩運(yùn)動(dòng)加速度符合規(guī)范的要求。
　　通過自由衰減數(shù)值模擬的方法獲取半潛式平臺(tái)粘性阻尼，將其人工添加至勢(shì)流軟件AQWA，對(duì)平臺(tái)添加阻尼后的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，分析粘性阻尼及勢(shì)流阻尼對(duì)半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果顯示增加粘性阻尼后，縱蕩方向運(yùn)動(dòng)平均減小6％，橫蕩方向平均減小26%，垂蕩方向平均減小16%，橫搖方向平均減小68%，縱搖方向平均減小23%

5、，艏搖方向平均減小20%；添加粘性阻尼后，除垂蕩方向運(yùn)動(dòng)較大外，其余自由度的運(yùn)動(dòng)皆滿足規(guī)范要求，所以粘性阻尼的影響不容忽視。
　　基于粘流與勢(shì)流軟件，并通過自編程序分別對(duì)半潛式平臺(tái)的氣隙進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析并對(duì)比，為便于觀測(cè)半潛式平臺(tái)在各工況下的氣隙變化量，在平臺(tái)下甲板上布置了34個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)主要位于平臺(tái)下甲板的邊緣、立柱的周圍。結(jié)果顯示平臺(tái)出現(xiàn)負(fù)氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在平臺(tái)下甲板的邊緣處，且基于粘流軟件計(jì)算出的半潛式平臺(tái)負(fù)氣隙量普遍大

6、于勢(shì)流理論的結(jié)果。
　　根據(jù)半潛式平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)公式及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以平臺(tái)垂向位移為主要目標(biāo)，綜合考慮橫搖、縱搖的幅值，對(duì)平臺(tái)提出相關(guān)改型方案，包括下浮體間距、下浮體端面形狀、下浮體形狀、立柱截面形狀、立柱截面面積、平臺(tái)吃水、增加垂蕩板等，所有改型方案均保證平臺(tái)的排水量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及重心位置不變，然后對(duì)每一種方案的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行分析，并與原型進(jìn)行對(duì)比，最終優(yōu)選出最優(yōu)方案，且針對(duì)最優(yōu)改型方案進(jìn)行計(jì)及粘性的運(yùn)動(dòng)性能研究，其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果均滿足規(guī)范