半潜式支持平台靠泊过程的多浮体耦合水动力性能分析

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随着全球经济的不断发展,人类对石油天然气等能源的需求不断增长。而随着陆地能源资源的逐渐消耗,人类将目光转向资源丰富的海洋,海洋平台作为油气等资源开发的必需技术装备,其需求量也持续快速增长,与此同时,除了钻井平台之外,一些钻井支持平台也出现在人们视野中。而钻井支持平台在工作时,与钻井生产平台近距离靠泊,此时两平台构成多浮体系统,其间非线性波浪的作用和相互干扰使多浮体系统的运动变得极其复杂,也使运动的预报变得困难。本文分别选用应用于东南亚海域的TLP生产平台和半潜式钻井支持平台以及应用于英国北海海域的半潜生产平台和半潜支持平台为研究对象,分别对两型单平台及其构成的多浮体系统进行分析,综合采用三维势流理论频域计算、时域模拟、模型试验等多种研究方法,对系统在不同海况条件下的运动情况进行计算和统计,并换算成引人关注的栈桥处相对运动。随后对波浪条件进行外推,数值模拟出波高改变时,系统运动的变化情况。对于两型单平台,采用三维势流理论在频域范围进行水动力计算,并与模型试验结果对比,保证模型建立准确性。随后,对两型平台构成的多浮体系统设定靠泊距离后进行频域计算,此时将水动力结果与单平台对比,发现水动力参数在某些自由度发生了改变。通过频域的计算,确定了数值模型建立的准确性,并初步确定了水动力干扰的存在。随后在此基础上,于时域范围内建立时域仿真模型,并通过技术手段将频域计算的水动力参数导入时域模型中,通过对系统进行运动方程的迭代,模拟出每个时刻的运动情况,随后将系统的运动时间历程转换至目标栈桥处。通过与模型试验结果对比,从栈桥处运动的角度直观地展示水动力干扰的不可忽略性。最后进行模型试验,对单平台和多浮体系统进行运动的校核,验证计算准确性和可靠性,为实际项目提供试验保障,也为后续项目奠定基础。在上述基础上,将波浪条件外推一至两个浪级,重新进行时域仿真。通过数值模拟得出栈桥处的运动与波高并非线性变化关系,同时,通过较大波高条件判断出对于典型TLP迎浪条件下,多浮体系统连接带缆破断条件先于碰撞条件,实际项目中应考虑带缆强度问题。随后,在频域范围内对应用于北海海域的多浮体进行研究,对其进行RAO等参数的计算,并进行运动的短期预报,完成了时域分析和模型试验之前的频域数值计算准备工作,发现支持平台比生产平台运动响应有义幅值更大。
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