本文關(guān)鍵詞：雙船浮托安裝中多浮體水動(dòng)力性能及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(duì)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(tái)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(diǎn)，使用AQWA軟件建立目標(biāo)平臺(tái)在安裝過程中水動(dòng)力模型。使用AQWA-Drift模塊模擬浮托駁船、上部模塊和平臺(tái)主體三者以剛接連接時(shí)，不同均勻風(fēng)風(fēng)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(shí)對(duì)浮托安裝模型中的平臺(tái)主體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(guān)鍵詞】雙船浮托；運(yùn)動(dòng)響應(yīng)；環(huán)境變量；AQWA
　　0 引言
　　人類對(duì)石油資源的需求日益增加，陸上資源亦日趨枯竭，因此對(duì)海上油氣資源的勘探及開發(fā)迫在眉睫。目前，世界各國(guó)都在大力發(fā)展海上鉆井及采油平臺(tái)技術(shù)，爭(zhēng)取在即將到來的資源大戰(zhàn)中占有有利地位。平臺(tái)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(fèi)用的提高、上部組塊重量的增大以及平臺(tái)結(jié)構(gòu)的限制，其應(yīng)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(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)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(tái)開口及吃水的限制、可以安裝較大組塊重量的優(yōu)點(diǎn)，已然成為了平臺(tái)海上安裝的熱點(diǎn)[2-4]。
　　1 基于AQWA的計(jì)算模型的建立
　　1.1 雙船浮托安裝計(jì)算模型的建立
　　本文以一座Cell Spar平臺(tái)作為目標(biāo)平臺(tái)，平臺(tái)主尺度參數(shù)見文獻(xiàn)[5]，采用雙船浮托法將其安裝在我國(guó)南海某海域。使用雙船浮托法安裝上部模塊時(shí)，浮托駁船分別置于平臺(tái)主體的兩側(cè)，因而不會(huì)對(duì)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(guó)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(shí)現(xiàn)連接，在AQWA中，上、下兩部分可以通過設(shè)置共同接觸點(diǎn)的相對(duì)約束而實(shí)現(xiàn)不同方式的連接，從而達(dá)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(tái)主體通過系泊系統(tǒng)實(shí)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(tái)主體設(shè)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(dòng)力計(jì)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(xiàn)，確定符合南海海域安裝工況的環(huán)境參數(shù)。本文考慮風(fēng)、浪、流同時(shí)作用對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，其中波浪選取JONSWAP譜，風(fēng)為均勻風(fēng)，流為均勻流。
　　對(duì)于JONSWAP波浪譜，波譜公式為：
　　時(shí)域運(yùn)動(dòng)的計(jì)算是通過AQWA-Drift模塊來模擬的，模擬時(shí)間步長(zhǎng)為0.1s，10000步，共1000s。
　　2 不同環(huán)境變量對(duì)浮托安裝模型水動(dòng)力性能的影響
　　Spar平臺(tái)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(fēng)浪流的作用下會(huì)呈現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，因此準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)浮托系統(tǒng)在不同環(huán)境載荷下的運(yùn)動(dòng)對(duì)于順利安裝實(shí)際工程的安全有至關(guān)重要的作用。下面分別從環(huán)境載荷風(fēng)速、流速、有義波高和譜峰周期的四個(gè)方面進(jìn)行分析對(duì)比。
　　2.1 不同風(fēng)速對(duì)運(yùn)動(dòng)特性的影響
　　本文使用AQWA-Drift模塊模擬平臺(tái)在不同環(huán)境載荷中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，本小節(jié)以均勻風(fēng)風(fēng)速為環(huán)境變量，分析風(fēng)速對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。以均勻風(fēng)風(fēng)速分別為7、8、10、12、14m/s為研究目標(biāo)，取均勻風(fēng)入射方向?yàn)?80°。圖2、圖3、圖4給出的是Spar平臺(tái)在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運(yùn)動(dòng)比較。
　　從上面三個(gè)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)程圖中可以看出，均勻風(fēng)風(fēng)速的變化對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)并沒有影響，說明浮托安裝過程中Spar平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)風(fēng)速的變化并不敏感。
　　2.2 不同流速對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)浮托系統(tǒng)中平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。流速分別取了1.0、2.0和3.0m/s為研究目標(biāo)，統(tǒng)一海流入射方向?yàn)?80°。表1給出的是Spar平臺(tái)在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)值比較。
　　從表1中可以看出：流速變化對(duì)平臺(tái)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在縱蕩上，流速為2.0m/s時(shí)，縱蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)出現(xiàn)很大波動(dòng)，縱蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)最大值幅值比流速1.0m/s時(shí)增大了7倍多，增大幅度非常明顯，說明系統(tǒng)的縱蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)流速的變化非常敏感。而平臺(tái)的縱搖和垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)流速的變化表現(xiàn)并不明顯。
　　2.3 不同有義波高對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)浮托系統(tǒng)中平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。分別取有義波高為1.0、1.5和2.0m為研究對(duì)象，統(tǒng)一波浪入射方向?yàn)?80°。表2給出的是Spar平臺(tái)在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)值比較。
　　根據(jù)表2可以得到：平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(yùn)動(dòng)響應(yīng)也都分別增大。在1.0m和2.0m波高情況下，縱蕩運(yùn)動(dòng)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(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，波高也對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響顯著。
　　2.4 不同譜峰周期對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)浮托系統(tǒng)中平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。分別取周期為5、7和10s為研究對(duì)象，統(tǒng)一波浪入射方向?yàn)?80°。表3給出的是Spar平臺(tái)在縱搖、縱蕩以及垂蕩方向上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)值比較。
　　根據(jù)表3可以看到，波浪周期對(duì)平臺(tái)的不同運(yùn)動(dòng)影響不同。在縱搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)上，周期5s和7s的影響相差不大，基本重合，其響應(yīng)明顯小于T=10s時(shí)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)；在垂蕩響應(yīng)上的變化幅度比較小，說明波浪周期對(duì)垂蕩運(yùn)動(dòng)影響不大。
　　3 總結(jié)
　　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(shí)，改變駁船與平臺(tái)主體之間間距以及風(fēng)浪流環(huán)境參數(shù)對(duì)載荷卸載過程中的駁船與平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(tái)主體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。分別改變均勻風(fēng)的風(fēng)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(duì)浮托安裝的影響規(guī)律，為以后的浮托安裝優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。 　　【參考文獻(xiàn)】
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　　[責(zé)任編輯：王楠]

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