【摘要】：我國(guó)南海油氣資源儲(chǔ)量豐富,約占中國(guó)石油總儲(chǔ)量的三分之一。近年來,隨著能源需求的增加,海洋石油的開采日益受到人們的重視。但由于我國(guó)深水油氣開采能力較差,目前國(guó)內(nèi)的海洋石油開發(fā),僅局限于渤海和北部灣等淺海海域,南海深水區(qū)域的油氣開發(fā)接近空白。由于水深的增加導(dǎo)致固定式平臺(tái)成本的大幅增加而不宜用于深水油氣的開發(fā),適用于深水油氣開發(fā)的浮式平臺(tái)已成為研究的熱點(diǎn)。 深水浮式平臺(tái)的研究和應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì)60年代,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了完備的技術(shù)。而我國(guó)深水浮式平臺(tái)起步較晚,缺乏自主的關(guān)鍵技術(shù)。平臺(tái)技術(shù)的落后不僅嚴(yán)重制約了我國(guó)深海油氣資源的開發(fā),同時(shí)也阻礙了我國(guó)參與國(guó)外深海油氣開發(fā)。因此,深水浮式平臺(tái)的研究對(duì)我國(guó)海洋工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。本文以半潛式平臺(tái)為例,對(duì)平臺(tái)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能,以及平臺(tái)垂蕩響應(yīng)的控制方案進(jìn)行了研究。 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下: 首先,歸納了浮式平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)型式(包括張力腿平臺(tái)、Spar平臺(tái)、FPSO和半潛式平臺(tái)等),闡述了各平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)特點(diǎn)及其發(fā)展過程,并對(duì)一些新型的平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。同時(shí),對(duì)浮式平臺(tái)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。 第二,對(duì)半潛式平臺(tái)的風(fēng)荷載及表面風(fēng)壓進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中基于N-S方程,選擇剪切應(yīng)力運(yùn)輸湍流模型、二階迎風(fēng)格式離散方法和三維穩(wěn)態(tài)隱式解法,進(jìn)行了平臺(tái)風(fēng)荷載和表面風(fēng)壓的數(shù)值計(jì)算。制作了1:100和1:150的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?分別用于測(cè)壓和測(cè)力的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),并通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了測(cè)量。通過對(duì)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,得到了各風(fēng)向角作用下平臺(tái)的風(fēng)力系數(shù)和風(fēng)壓分布規(guī)律,并分析了平臺(tái)傾角對(duì)其風(fēng)荷載的影響。 第三,對(duì)半潛式平臺(tái)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中平臺(tái)的風(fēng)荷載采用第二章所得結(jié)果,波浪荷載由邊界元方法計(jì)算確定,錨泊系統(tǒng)的拉力采用分段外推校正法計(jì)算確定,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了平臺(tái)水平響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算,得到了研究結(jié)果。制作了1:100的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過風(fēng)洞浪槽實(shí)驗(yàn)對(duì)風(fēng)浪聯(lián)合作用下平臺(tái)的水平響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)量。通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,得到了各種海況條件下平臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)程曲線,并分析了風(fēng)對(duì)平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。 第四,對(duì)半潛式平臺(tái)的氣隙響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中采用了時(shí)域格林函數(shù)方法,計(jì)算了平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及波面時(shí)程,并由二者計(jì)算得出了平臺(tái)甲板下表面的氣隙響應(yīng)。采用第三章的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?進(jìn)行了平臺(tái)甲板下表面波浪砰擊實(shí)驗(yàn)。通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,得到了平臺(tái)甲板下表面各點(diǎn)的氣隙響應(yīng)時(shí)程曲線,確定了平臺(tái)甲板下表面易受波浪砰擊的區(qū)域。 第五,根據(jù)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)的原理,設(shè)計(jì)了帶有活動(dòng)垂蕩板的半潛式(MHS)平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式,提出了這種平臺(tái)垂蕩響應(yīng)RAO的數(shù)值計(jì)算方法,優(yōu)化了平臺(tái)主體和垂蕩板的連接剛度,并通過增大主體下浮體體積的方法,對(duì)平臺(tái)主體的偏轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了改進(jìn)。 最后,參考Truss-spar平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了適用于承載風(fēng)機(jī)的Truss-spar-buoy浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值方法,研究了風(fēng)機(jī)對(duì)平臺(tái)的影響,并對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了頻域和時(shí)域分析。同時(shí),為了進(jìn)一步減小平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),提出了雙錨泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,對(duì)平臺(tái)的錨泊定位系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。
【圖文】：

這兩個(gè)問題隨著水深的增加而加劇，，對(duì)張力腿的安全性有很大的影響。圖1-1 第一代張力腿平臺(tái) 圖1-2 SeaStar 張力腿平臺(tái)Fig.1-1 Sketch of classic TLP Fig.1-2 Sketch of seastar TLP相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第07期 基礎(chǔ)科學(xué)輯 A010-7-12

- 2 -圖1-1 第一代張力腿平臺(tái) 圖1-2 SeaStar 張力腿平臺(tái)Fig.1-1 Sketch of classic TLP Fig.1-2 Sketch of seastar TLP
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P754

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2671898