半潜式干树深水平台运动响应研究

作     者：刘禹维 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：康庄;刘振国

授予年度：2015年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：干树式半潜平台 RAO 不规则波 垂荡运动 涡激运动 

摘      要：相对于湿式采油树,干式采油树既可以钻井也可用于完井生产,其维修和管理也更为便捷,经济效益更高。目前,采用干式采油树的浮式平台主要有TLP和Spar,但这两种平台分别会受水深和可变载荷的限制。半潜式平台则没有这些限制,但干式采油树系统主要应用顶部张紧式立管(TTR),目前TTR立管的总冲程限制在10m以内。因此,干式采油树对平台和TTR相对运动要求较高,特别是垂荡运动。本文研究了某干树式半潜平台的不规则波运动响应以及涡激运动等关键技术,具体内容如下:对缩尺比为1:70的干树式半潜平台模型进行水池试验。首先,在静水中进行横摇和纵摇自由衰减试验,得到平台在无系泊状态下的固有周期和阻尼系数等关键参数。随后,在白噪声不规则波条件下,对干树式半潜平台模型进行幅频响应函数(RAO)试验,测得不同浪向角时平台的六自由度RAO。应用水动力软件AQWA建立干树式半潜平台的无系泊数值模型,以试验获得的阻尼系数为依据,计算不同浪向角时平台的六自由度RAO和固有周期,将计算结果与试验结果对比,验证数值模型的正确性。对干树式半潜平台模型进行不规则波运动响应试验,试验采用水平系泊方式,环境条件的模拟仅考虑波浪,包括一年一遇工作海况和百年一遇极限海况,试验分别得到不同环境条件作用下135°和180°浪向角平台的横摇、纵摇和垂荡运动响应。采用AQWA软件对试验时的水平系泊进行数值模拟,计算在不规则波作用下135°和180°浪向角时平台的运动响应。针对平台的横摇、纵摇和垂荡运动,将数值计算统计结果和试验值进行对比分析,验证数值计算时阻尼系数选取的正确性。随后,对干树式半潜平台进行系泊条件下数值计算,校核不同工况时平台的运动响应是否满足设计要求。对干树式半潜平台在拖曳水池中进行涡激运动试验。模型由恒定航速的航车拖行,使模型获得稳定的流场。试验测量和记录了干式半潜平台的横向和顺流向运动,并画出平台在180°浪向角不同来流速度下的平面运动轨迹,分析漩涡脱落对平台运动的影响。