论文部分内容阅读
进入21世纪,社会发展日益迅速,能源需求更加突出。随着陆地上资源能源的逐步枯竭,海洋中的资源与能源已经进入到人们的视野。人类对海洋资源能源的开发日益增加,其中就包括对海洋油气资源的勘探与开发。改革开放30多年来,我国的经济发展取得了令世界瞩目的成就,高新产业、能源产业也随之迅速发展,我们对于能源和资源的需求也日益增加。为了满足日益增长的能源需求,很多海洋采油平台应运而生。在深海油气开采及生产过程中,开采深度一般为500m到3000m,因此就需要相应的深海油气平台,Spar平台就是其中一种。因此,对Spar平台在复杂的风浪流海洋环境下的研究将显得至关重要。本文的研究工作主要以一座在墨西哥湾服役的Truss Spar平台进行展开,海洋环境参数采用南海“荔湾3-1”区域的海况条件,分别采用理论分析和数值模拟的方法在频域和时域范围内对Spar平台的水动力性能以及系泊系统动力特性进行分析研究。在深海环境条件下,风浪流的作用极为复杂,深海油气设备在这样的环境下承受的载荷也很复杂,对海洋平台及其系泊系统会产生很大的影响。本文首先从Spar平台的发展历程、总体性能及结构特点等方面简单介绍了Spar平台的一些特性和研究现状。通过Ansys软件建立Truss Spar平台的三维实体模型,基于三维势流理论,将平台的模型参数导入到AQWA-LINE模块中,定义重心位置和惯性矩半径,从而获得了平台在不同频率下的附加质量、附加阻尼和运动响应幅值算子(RAO)等水动力信息。通过分析得出,本文研究的Spar平台在特殊海况下运动响应良好,得到的频域响应结果响应正常。因此,可以将得出的结果应用于下一步的分析计算。环境参数采用百年一遇的极端海况,综合考虑海风、海浪、海流的共同影响,再将Spar平台与系泊系统作为一个相互耦合的系统,在时域范围内进行耦合分析,进而得到平台的运动响应和系缆的受力情况。基于AQWA软件中的NAUT模块,通过计算可得,Spar平台在百年一遇极端海况下的运动响应与系缆张力均能达到要求。通过分析数值模拟的对比结果,在改变重心高度、改变系缆分组方式、改变系缆初始预张力角、以及一根缆破断等不同情况下,分别研究了对Spar平台及其系泊系统的运动性能所产生的影响,探索了平台与系泊系统耦合运动的变化规律,为后续Spar平台的优化设计提供了一定的参考依据。