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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

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

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作者：肖志国上海交通大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：干树式半潜平台顶张紧立管设计立管布置顶张力因子立管校核疲劳寿命立管碰撞

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半潜式干树深水平台运动响应研究

半潜式干树深水平台运动响应研究

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作者：刘禹维哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：干树式半潜平台 RAO 不规则波垂荡运动涡激运动

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