本文選題：半潛式平臺　切入點：水動力分析　出處：《江蘇科技大學》2016年碩士論文

【摘要】：半潛式平臺作為典型深海平臺,憑借其抗風能力較強,工作水深適應范圍廣,鉆井能力強等諸多優(yōu)點在海洋石油勘探開發(fā)中得到了廣泛應用,與淺水固定式平臺不同,深水浮式平臺在海洋環(huán)境中具有十分復雜的運動響應特性,且浮式平臺的運動響應直接關系著人員安全、設備安全、正常生產以及鉆采方式等各個方面。因此,準確預報半潛式平臺水動力及運動響應對平臺鉆井開采工作具有十分重要的意義。本文分別采用基于勢流理論的軟件AQWA及基于粘流理論的軟件FINE/Marine對半潛式平臺的水動力、運動響應、氣隙等進行了數值模擬及分析,并以半潛式平臺的垂向位移為主要目標進行了平臺的改型設計及方案優(yōu)選。應用AQWA軟件的LINE模塊對半潛式平臺的水動力進行頻域分析,得到附加質量、輻射阻尼及不同波浪入射角下的幅值響應算子、一階波浪力與二階波浪力等水動力系數;應用FINE/Marine軟件實現平臺受迫正弦運動,通過觀測平臺運動曲線及運動方向的受力曲線,經數學模型換算得到平臺的粘性附加質量。應用AQWA軟件的DRIFT模塊,開展了5種海況、5個浪向角共計25種工況下的半潛式平臺運動響應數值模擬,得到平臺六自由度運動及加速度的歷時曲線,并對25種工況下的計算結果按照浪向角和波浪參數進行分類分析,結果顯示平臺縱蕩與橫蕩性能滿足規(guī)范要求,而平臺垂蕩運動幅值較大,最大值達到了15.7m,超過了規(guī)范要求,平臺橫搖極值達到了28°,艏搖達到了12°,均超過規(guī)范規(guī)定的10°,平臺的縱搖性能滿足規(guī)范要求,平臺橫蕩加速度達到1.5m/s2,縱蕩加速度達到1.7m/s2,橫向運動加速度相對較大,會造成人類勞動的不適,而垂蕩運動加速度符合規(guī)范的要求。通過自由衰減數值模擬的方法獲取半潛式平臺粘性阻尼,將其人工添加至勢流軟件AQWA,對平臺添加阻尼后的運動響應進行預報,分析粘性阻尼及勢流阻尼對半潛式平臺運動的影響。結果顯示增加粘性阻尼后,縱蕩方向運動平均減小6%,橫蕩方向平均減小26%,垂蕩方向平均減小16%,橫搖方向平均減小68%,縱搖方向平均減小23%,艏搖方向平均減小20%;添加粘性阻尼后,除垂蕩方向運動較大外,其余自由度的運動皆滿足規(guī)范要求,所以粘性阻尼的影響不容忽視。基于粘流與勢流軟件,并通過自編程序分別對半潛式平臺的氣隙進行了統(tǒng)計分析并對比,為便于觀測半潛式平臺在各工況下的氣隙變化量,在平臺下甲板上布置了34個觀測點,觀測點主要位于平臺下甲板的邊緣、立柱的周圍。結果顯示平臺出現負氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在平臺下甲板的邊緣處,且基于粘流軟件計算出的半潛式平臺負氣隙量普遍大于勢流理論的結果。根據半潛式平臺垂蕩運動公式及相關經驗,以平臺垂向位移為主要目標,綜合考慮橫搖、縱搖的幅值,對平臺提出相關改型方案,包括下浮體間距、下浮體端面形狀、下浮體形狀、立柱截面形狀、立柱截面面積、平臺吃水、增加垂蕩板等,所有改型方案均保證平臺的排水量、轉動慣量及重心位置不變,然后對每一種方案的運動性能進行分析,并與原型進行對比,最終優(yōu)選出最優(yōu)方案,且針對最優(yōu)改型方案進行計及粘性的運動性能研究,其運動響應結果均滿足規(guī)范要求。
[Abstract]:Semi submersible platform as a typical deep-sea platform, with its strong wind resistance, water depth and adapt to a wide range of advantages of drilling ability has been widely used in offshore oil exploration and development, and the shallow water fixed platform, floating deepwater platform response is very complex movement in the marine environment, and the response of floating platform motion is directly related to the safety of personnel and equipment safety, normal production and drilling methods and other aspects. Therefore, the platform drilling work has very important significance to accurately predict the response of semi submersible platform hydrodynamics and motion. This paper uses the theory of potential flow and hydrodynamic software AQWA software FINE/Marine, semi submersible the viscous flow type platform based on the theory of motion response based on the air gap was simulated and analyzed, and the semi submersible platform vertical displacement as the main target. Optimization and retrofit design scheme of the platform. The frequency domain analysis of hydrodynamic module of LINE semi submersible platform using AQWA software to get the added mass and radiation damping, the amplitude of different incident angle of wave response of the operator, the first-order wave force and the two order wave force and hydrodynamic coefficient; application of FINE/Marine software platform forced sinusoidal exercise, stress curve through the observation platform motion curve and the direction of motion, viscous added mass is obtained by the mathematical model of platform conversion. The DRIFT module by using AQWA software, carry out the 5 kinds of the sea, 5 wave of semi submersible platform movement angle total of 25 kinds of conditions in response to numerical simulation, get the duration curve of platform six freedom of movement and acceleration, and calculate the 25 conditions according to the result of wave direction and wave parameters are classified and analyzed, results show that the platform surge and yaw performance can meet the requirements of standard, and Heave amplitude is large, the maximum value reached 15.7m, exceeding the standard requirement, the platform roll extreme reached 28 degrees, the swing was 12 degrees, more than standard 10 degrees, pitching performance can meet the requirements of specification of the platform, the platform yaw acceleration reaches 1.5m/s2, surge acceleration reached 1.7m/s2. The transverse acceleration is relatively large, can cause human labor discomfort, and the heave acceleration meets the requirement of specification. For semi submersible platform by viscous damping method of free attenuation of numerical simulation, the artificial potential flow is added to the AQWA software on the platform after adding damping motion response prediction, analysis of the effect of viscous damping and the potential damping of semi submersible platform motion. The results showed that adding viscous damping, surge direction decreases 6%, sway direction decreases 26%, heave direction decreased 16% in average, rolling direction average reduction 68%, the average pitch direction decreases 23%, yaw direction average decrease of 20%; adding viscous damping, the heave motion direction is large, the degrees of freedom of movement of all meet the standard requirements, so the influence of viscous damping can not be ignored. The viscous flow and the potential flow based on the software, the program compiled by the authors on the air gap respectively. Submersible platform were analyzed and compared, the air gap variation to facilitate the observation of semi submersible platform under different working conditions, the layout of the 34 observation points in the platform deck, observation platform is mainly located in the edge of the deck around the column. The results show that the platform gap occurs mainly bloom at the edge of the deck in the platform, and based on the semi submersible platform negative clearance viscous flow calculated by the software is generally greater than the potential flow theory. According to the results of the semi submersible platform heave motion formula and relevant experience, the vertical displacement is the main platform To the target, considering rolling, pitching amplitude, and puts forward relevant modifications on the platform, including floating body spacing, face downward float body shape, floating body shape, column shape, column section area, platform draft, increase Heave Plate, displacement are guaranteed all modifications of the platform, and inertia the position of the center of gravity and rotation invariant, the motion performance of each scheme are analyzed, and compared with the prototype, and select the optimal scheme of motion performance and considering viscous for optimal retrofit program, its motion response results meet the requirements of specification.

【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.38

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本文編號：1688122