本文關鍵詞：雙船浮托安裝中多浮體水動力性能及運動響應研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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雙船浮托安裝環(huán)境影響對比研究

發(fā)布日期： 2016-10-19 發(fā)布：  

  2016年21期目錄       本期共收錄文章20篇

　　【摘 要】本文參考某一Cell Spar平臺模型，根據(jù)雙船浮托法安裝上部組塊過程中重量載荷的轉(zhuǎn)移特點，使用AQWA軟件建立目標平臺在安裝過程中水動力模型。使用AQWA-Drift模塊模擬浮托駁船、上部模塊和平臺主體三者以剛接連接時，不同均勻風風速、均勻流流速、有義波高、譜峰周期等環(huán)境變量在180°方向入射時對浮托安裝模型中的平臺主體的運動響應的影響，得到了其影響規(guī)律，為以后的研究提供參考依據(jù)。
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　　【關鍵詞】雙船浮托；運動響應；環(huán)境變量；AQWA
　　0 引言
　　人類對石油資源的需求日益增加，陸上資源亦日趨枯竭，因此對海上油氣資源的勘探及開發(fā)迫在眉睫。目前，世界各國都在大力發(fā)展海上鉆井及采油平臺技術，爭取在即將到來的資源大戰(zhàn)中占有有利地位。平臺的海上安裝一般有吊裝法和浮托法安裝兩種，而傳統(tǒng)的吊裝法安裝隨著安裝費用的提高、上部組塊重量的增大以及平臺結構的限制，其應用范圍越來越受限。因此，浮托安裝逐漸在海上安裝中占據(jù)一席之地，在國內(nèi)外得到廣泛應用[1]。其中，雙船浮托法安裝作為浮托安裝的一種，有著不受平臺開口及吃水的限制、可以安裝較大組塊重量的優(yōu)點，已然成為了平臺海上安裝的熱點[2-4]。
　　1 基于AQWA的計算模型的建立
　　1.1 雙船浮托安裝計算模型的建立
　　本文以一座Cell Spar平臺作為目標平臺，平臺主尺度參數(shù)見文獻[5]，采用雙船浮托法將其安裝在我國南海某海域。使用雙船浮托法安裝上部模塊時，浮托駁船分別置于平臺主體的兩側(cè)，因而不會對駁船型寬和型深有所限制，因此，主要依據(jù)駁船的載重量和將要安裝的上部模塊的重量而選擇。本文根據(jù)上部模塊的重量選擇國內(nèi)某駁船作為左、右浮托駁船。浮托駁船與上部模塊通過組塊支撐裝置（DSU）實現(xiàn)連接，在AQWA中，上、下兩部分可以通過設置共同接觸點的相對約束而實現(xiàn)不同方式的連接，從而達到駁船與上部模塊之間采用剛性連接方式的目的。在浮托安裝過程中，駁船與平臺主體通過系泊系統(tǒng)實現(xiàn)定位，雙駁船系統(tǒng)有4根錨鏈，錨鏈分為3段，組成“鋼鏈-聚酯纜-鋼鏈”形式；平臺主體設有6根錨鏈，分為3段，組成為“鋼鏈-鋼纜-鋼鏈”形式。具體浮托安裝水動力計算模型如圖1。
　　1.2 安裝工況的海洋環(huán)境參數(shù)
　　根據(jù)參考文獻，確定符合南海海域安裝工況的環(huán)境參數(shù)。本文考慮風、浪、流同時作用對結構運動響應的影響，其中波浪選取JONSWAP譜，風為均勻風，流為均勻流。
　　對于JONSWAP波浪譜，波譜公式為：
　　時域運動的計算是通過AQWA-Drift模塊來模擬的，模擬時間步長為0.1s，10000步，共1000s。
　　2 不同環(huán)境變量對浮托安裝模型水動力性能的影響
　　Spar平臺在使用雙船浮托安裝上部模塊的過程中，浮托安裝系統(tǒng)在風浪流的作用下會呈現(xiàn)比較復雜的運動特性，因此準確的預測浮托系統(tǒng)在不同環(huán)境載荷下的運動對于順利安裝實際工程的安全有至關重要的作用。下面分別從環(huán)境載荷風速、流速、有義波高和譜峰周期的四個方面進行分析對比。
　　2.1 不同風速對運動特性的影響
　　本文使用AQWA-Drift模塊模擬平臺在不同環(huán)境載荷中的運動響應，本小節(jié)以均勻風風速為環(huán)境變量，分析風速對平臺運動響應的影響。以均勻風風速分別為7、8、10、12、14m/s為研究目標，取均勻風入射方向為180°。圖2、圖3、圖4給出的是Spar平臺在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運動比較。
　　從上面三個運動響應時程圖中可以看出，均勻風風速的變化對平臺的運動響應并沒有影響，說明浮托安裝過程中Spar平臺的運動響應對風速的變化并不敏感。
　　2.2 不同流速對運動特性的影響
　　本小節(jié)以均勻流流速為環(huán)境變量，分析流速變化對浮托系統(tǒng)中平臺的運動響應的影響。流速分別取了1.0、2.0和3.0m/s為研究目標，統(tǒng)一海流入射方向為180°。表1給出的是Spar平臺在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運動響應的統(tǒng)計值比較。
　　從表1中可以看出：流速變化對平臺的三個運動的運動響應的影響主要表現(xiàn)在縱蕩上，流速為2.0m/s時，縱蕩運動響應出現(xiàn)很大波動，縱蕩運動響應最大值幅值比流速1.0m/s時增大了7倍多，增大幅度非常明顯，說明系統(tǒng)的縱蕩運動對流速的變化非常敏感。而平臺的縱搖和垂蕩運動響應對流速的變化表現(xiàn)并不明顯。
　　2.3 不同有義波高對運動特性的影響
　　本文采用了JONSWAP波浪譜來模擬環(huán)境載荷中的入射波浪，在這一小節(jié)中以波浪的有義波高為環(huán)境變量，分析有義波高變化對浮托系統(tǒng)中平臺運動響應的影響。分別取有義波高為1.0、1.5和2.0m為研究對象，統(tǒng)一波浪入射方向為180°。表2給出的是Spar平臺在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運動響應的統(tǒng)計值比較。
　　根據(jù)表2可以得到：平臺的運動響應根據(jù)波浪的有義波高的大小變化而變化，隨著波高的增大，縱搖、縱蕩以及垂蕩運動響應也都分別增大。在1.0m和2.0m波高情況下，縱蕩運動最大值增大了1.73倍。說明不僅波浪入射角度影響浮托安裝平臺運動響應，波高也對運動響應影響顯著。
　　2.4 不同譜峰周期對運動特性的影響
　　本小節(jié)以波浪的譜峰周期為環(huán)境變量，分析周期變化對浮托系統(tǒng)中平臺運動響應的影響。分別取周期為5、7和10s為研究對象，統(tǒng)一波浪入射方向為180°。表3給出的是Spar平臺在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運動響應的統(tǒng)計值比較。
　　根據(jù)表3可以看到，波浪周期對平臺的不同運動影響不同。在縱搖運動響應上，周期5s和7s的影響相差不大，基本重合，其響應明顯小于T=10s時的運動響應；在垂蕩響應上的變化幅度比較小，說明波浪周期對垂蕩運動影響不大。
　　3 總結
　　本文分析了在浮托安裝過程中剛性連接浮托駁船與上部模塊時，改變駁船與平臺主體之間間距以及風浪流環(huán)境參數(shù)對載荷卸載過程中的駁船與平臺的運動響應的影響。駁船與主體之間的有效距離分別取8m、9m和10m為研究變量，分析平臺主體的運動響應。分別改變均勻風的風速值、均勻流的流速值、入射波浪的有義波高和譜峰周期來分析環(huán)境荷載的變化對浮托安裝的影響規(guī)律，為以后的浮托安裝優(yōu)化設計提供一定的參考依據(jù)。 　　【參考文獻】
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　　[責任編輯：王楠]

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