系泊模式對深水Spar平臺運動性能的影響.pdf

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1、第40卷第9期2010年9月中國海洋大學(xué)學(xué)報PERIODICAL()FOCEANUNIVERSITYOFCHINA40(9)：147～153Sep．，2010系泊模式對深水Spar平臺運動性能的影響’孫金偉，王樹青(中國海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東青島266100)摘要：在頻域和時域內(nèi)研究對等分布式系泊和分組式系泊2種系泊模式對Spar平臺運動性能的影響，并分析單根系泊纜破斷失效后平臺運動性能的變化。首先建立Spar平臺的三維水動力模型，通過在平臺柱體導(dǎo)纜孔處指定預(yù)張力、傾角和剛度來模擬系泊系統(tǒng)的影響；然后采用三維勢流理論進行浮體水動力計算，獲得Spar平

2、臺運動響應(yīng)的傳遞函數(shù)等水動力參數(shù)；最后根據(jù)實際海況資料，在平臺生存工況下，進行Spar平臺在完好系泊和單根系泊纜破斷失效狀態(tài)下運動響應(yīng)的短期預(yù)報，并在時域內(nèi)進行耦合分析。研究平臺運動響應(yīng)和系泊纜張力變化情況。研究結(jié)果對Spar平臺系泊系統(tǒng)設(shè)計和平臺設(shè)計前期運動性能研究有參考意義。關(guān)鍵詞：深水；Spar平臺；運動性能；系泊模式；短期預(yù)報；時域分析中圖法分類號：TU312文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1672—5174(2010)09—147一07隨著工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)今世界大部分地區(qū)的淺海油氣資源已日趨減少，海洋油氣開發(fā)由近海向深海發(fā)展已成必然趨勢。在深海和超深

3、海油氣開發(fā)中，深海浮式平臺發(fā)揮著越來越重要的作用。單柱式平臺(Spar)是深海采油較常用的浮式平臺，其特點是吃水深，重心很低，波浪對其影響較小，相對而言在惡劣的海況下具有良好的穩(wěn)定性；同時Spar造價低、便于安裝、可重復(fù)使用，其柱體內(nèi)部可儲油，而大吃水柱體對立管有良好的保護作用；平臺的運動響應(yīng)對水深變化不敏感，更適宜于在深水海域應(yīng)用。Spar平臺靠系泊系統(tǒng)固定在工作海域進行作業(yè)，慢變的波浪、風(fēng)、流載荷使系泊浮式平臺產(chǎn)生較大的低頻慢漂運動，波頻運動使系泊系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的動力響應(yīng)，而不同的系泊模式對平臺的運動性能有較大的影響，因此在Spar平臺設(shè)計前期，有

4、必要對不同形式的系泊模式展開研究。近年來，關(guān)于深水浮體水動力性能方面的研究較多，而考慮系泊模式對浮體運動性能影響的研究則相對較少。WANGYing[1]等在頻域和時域內(nèi)研究了1種新型Spar平臺--GeometricSpar的水動力性能，考慮了浮體與立管及錨泊系統(tǒng)的耦合影響。童波[2]等探討了半潛式平臺懸鏈線式系泊系統(tǒng)下，系泊纜直徑、長度和預(yù)張力角度以及系泊纜布置角度和系泊纜數(shù)目對于錨泊系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。王世圣[3]等應(yīng)用SES-AM軟件研究了4種深水半潛式鉆井平臺的運動性能，應(yīng)用頻域分析法對深水半潛式鉆井平臺運動響應(yīng)進行了短期預(yù)報。潘子輝[4]應(yīng)

5、用MOSES軟件對一座·基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目(50739004，50639030)資助收稿只期：2009—11—26；修訂日期?2010-02-15作者簡介：孫金偉(1985一)，男，碩士生，E-mail：sunjinwei@ouc．edu．Cl'l工作海域為我國南海的深海半潛式鉆井平臺的運動響應(yīng)進行了分析，并進行了試驗驗證。陳徐均[5]等對單一錨鏈的錨泊系統(tǒng)，基于線性化假設(shè)推導(dǎo)了不同布鏈方式下交叉型和人字型錨鏈系統(tǒng)提供的首搖和橫搖回復(fù)力矩的大小以及方向的不確定性。T．M．SmithL6J通過計算發(fā)現(xiàn)隨著位移的增大，錨泊線夾角為22．5

6、～67．5(。)的錨泊系統(tǒng)布置方式的系統(tǒng)回復(fù)力顯示出方向上的平穩(wěn)性。關(guān)于深水浮式平臺水動力性能的研究，通常采用數(shù)值模擬和模型試驗相結(jié)合的方法。但是，模型試驗對水池的水深有較高要求，國內(nèi)能夠開展模型實驗的單位和機構(gòu)并不多，模型試驗在條件上存在著一定的限制；國內(nèi)外某些文獻有平臺模型試驗或現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)，但通常缺乏平臺具體的尺寸參數(shù)，在數(shù)模的建立上存在難度，因此要做到數(shù)值模擬和模型試驗相結(jié)合還存在一定困難。本文主要采用數(shù)值模擬的方法來開展研究。DNV船級社的SESAM軟件是海洋工程界較成熟的商業(yè)軟件，其HYDROD和DEEPC模塊分別針對頻域內(nèi)水動力特性計

7、算和時域內(nèi)耦合分析，被證明可信度較高，本文主要采用此軟件作為數(shù)值分析的工具。本文在頻域和時域內(nèi)研究了對等分布式系泊和分組式系泊2種系泊模式對Spar平臺運動性能的影響，并分析了單根系泊纜破斷失效情況下平臺運動性能的變化情況。頻域內(nèi)以三維勢流理論為基礎(chǔ)計算Spar平臺的水動力特性，建立Anchor單元模擬系泊纜的預(yù)中國海洋大學(xué)學(xué)報張力、傾角及回復(fù)剛度等，計算了浮體的運動特性，并進行了運動響應(yīng)的短期預(yù)報；時域分析考慮了錨泊系統(tǒng)與浮體的耦合作用，結(jié)合頻域水動力參數(shù)，建立Spar平臺和錨泊系統(tǒng)的耦合模型，進行了非線性時域模擬分析[7]，獲取了浮體運動特性和系

8、泊纜張力結(jié)果，綜合比較頻域和時域分析結(jié)果，得出了有意結(jié)論。1計算相關(guān)理論1．1三維勢流理論海洋工程結(jié)構(gòu)中，對