北極地區(qū)作為全球重要的油氣資源儲備基地,受到越來越多國家的關(guān)注和重視。常規(guī)海上鉆井平臺是海上油氣勘探開發(fā)必不可少的裝備,然而其在參與北極海上油氣資源的開發(fā)過程將面臨著巨大的挑戰(zhàn)和考驗(yàn),需要突破一系列關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),才能保障其在北極海域的安全、高效作業(yè)。這些挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)可以總結(jié)為:①極地冰區(qū)海洋環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少,尚未形成明確設(shè)計(jì)海況條件;②針對北極大型海洋平臺的冰荷載研究仍不成熟,需要建立開發(fā)更加具備工程應(yīng)用價(jià)值的冰荷載預(yù)測模型及分析軟件;③嚴(yán)寒多冰的海洋環(huán)境對鉆井平臺的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、定位系統(tǒng)及鉆井系統(tǒng)等的抗冰耐寒、運(yùn)行可靠和應(yīng)急處理能力等提出了更高的要求。本文的主要研究工作概述為以下幾個(gè)方面:（1）調(diào)研喀拉海和巴倫支海兩個(gè)典型極地海域的風(fēng)、波浪、海流、水深、溫度、海冰等的長期觀測情況及現(xiàn)有相關(guān)研究成果,并與現(xiàn)有規(guī)范中其他類似海域的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,基于概率統(tǒng)計(jì)方法提出這兩個(gè)典型北極海域的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。（2）研究海冰與大尺度垂直結(jié)構(gòu)、大尺度斜面結(jié)構(gòu)及細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理,修正并提出適合極地半潛式平臺立柱大尺度斜面結(jié)構(gòu)及鉆井立管細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)的冰荷載計(jì)算方法,并利用離散元方法分析結(jié)果與規(guī)... 

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 北極鉆采裝備綜合比較分析
        1.2.1 自升式鉆井平臺
        1.2.2 鉆井船
        1.2.3 柱穩(wěn)型半潛式鉆井平臺
        1.2.4 圓筒型半潛式鉆井平臺
        1.2.5 分析總結(jié)
    1.3 抗冰優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 極地鉆井平臺設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 冰載荷評估方法研究現(xiàn)狀
        1.3.3 結(jié)構(gòu)抗冰優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
        1.3.4 冰區(qū)定位系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.3.5 冰區(qū)立管系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.3.6 海洋工程裝備抗冰技術(shù)的趨勢研究
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
    1.5 研究技術(shù)路線
第2章 典型極地海域設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究
    2.1 引言
    2.2 典型極地海域介紹
    2.3 海冰情況
    2.4 風(fēng)、浪、流情況
        2.4.1 風(fēng)力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
        2.4.2 波浪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
        2.4.3 海流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
    2.5 環(huán)境溫度條件
        2.5.1 空氣溫度
        2.5.2 海水溫度
    2.6 水深情況
    2.7 本章小結(jié)
第3章 特殊結(jié)構(gòu)冰載荷分析方法研究
    3.1 引言
    3.2 海冰設(shè)計(jì)參數(shù)定義
    3.3 冰荷載計(jì)算方法研究
        3.3.1 海冰在結(jié)構(gòu)前的破壞模式
        3.3.2 大尺度直立結(jié)構(gòu)的冰載荷研究
        3.3.3 大尺度斜面結(jié)構(gòu)上的冰荷載研究
        3.3.4 大尺度結(jié)構(gòu)的局部冰力計(jì)算
        3.3.5 細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)冰力計(jì)算
    3.4 冰荷載的數(shù)值分析
        3.4.1 數(shù)值分析的方法介紹及選擇
        3.4.2 大尺度結(jié)構(gòu)海冰破壞模式數(shù)值驗(yàn)證
        3.4.3 大尺度直立結(jié)構(gòu)冰載荷數(shù)值驗(yàn)證
        3.4.4 大尺度斜面結(jié)構(gòu)冰載荷數(shù)值驗(yàn)證
        3.4.5 細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)冰載荷數(shù)值模式探討
    3.5 本章小結(jié)
第4章 平臺抗冰及運(yùn)動(dòng)性能綜合優(yōu)化評估研究
    4.1 引言
    4.2 新型抗冰型半潛式鉆井平臺研究
        4.2.1 平臺設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的定義
        4.2.2 新型抗冰型半潛式鉆井平臺概念
    4.3 平臺運(yùn)動(dòng)性能對比分析
        4.3.1 立柱加錐式半潛式鉆井平臺
        4.3.2 抗冰錐體增加消浪孔的運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)化研究
        4.3.3 直斜立柱式半潛式鉆井平臺
        4.3.4 立柱數(shù)量對運(yùn)動(dòng)性能的影響研究
        4.3.5 平臺有冰海況下的作業(yè)能力研究
    4.4 平臺快速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究
    4.5 本章小結(jié)
第5章 定位系統(tǒng)抗冰性能研究
    5.1 引言
    5.2 可解脫式系泊系統(tǒng)分析方法及優(yōu)化研究
        5.2.1 可解脫式系泊系統(tǒng)
        5.2.2 浮子深度的影響
        5.2.3 連接線的影響
        5.2.4 系泊特性研究
    5.3 極地冰區(qū)動(dòng)力定位系統(tǒng)研究
        5.3.1 動(dòng)力定位能力分析介紹
        5.3.2 推力分配邏輯
        5.3.3 坐標(biāo)系規(guī)定
        5.3.4 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器設(shè)計(jì)
        5.3.5 冰區(qū)動(dòng)力定位能力研究
        5.3.6 時(shí)域模擬結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 立管系統(tǒng)抗冰優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
    6.1 引言
    6.2 冰區(qū)立管動(dòng)力響應(yīng)分析
        6.2.1 立管系統(tǒng)的選擇
        6.2.2 冰-立管局部碰撞分析方法
        6.2.3 冰-立管整體動(dòng)態(tài)分析方法
    6.3 小體積碎冰域-立管碰撞有限元分析
        6.3.1 海冰模型
        6.3.2 海洋結(jié)構(gòu)與海冰相互作用
        6.3.3 水動(dòng)力模型
        6.3.4 計(jì)算結(jié)果分析
    6.4 大體積單塊冰-立管碰撞有限元分析
        6.4.1 模型單元類型設(shè)置
        6.4.2 模型接觸類型設(shè)置
        6.4.3 模型邊界條件設(shè)置
        6.4.4 模型參數(shù)設(shè)置
        6.4.5 計(jì)算結(jié)果分析
    6.5 冰-立管碰撞室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究
        6.5.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備
        6.5.2 實(shí)驗(yàn)過程
        6.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        6.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比
    6.6 小尺度浮冰碰撞
        6.6.1 有限元模型介紹
        6.6.2 計(jì)算結(jié)果分析
    6.7 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
博士在讀期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請專利


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]極地冰區(qū)海上鉆井平臺發(fā)展趨勢研究[J]. 劉大輝,Ove T.Gudmestad,白勇,滕瑤,陳昱,吳延明.  水利科學(xué)與寒區(qū)工程. 2019(01)
[2]船冰相互作用研究方法綜述[J]. 徐瑩,胡志強(qiáng),陳剛,徐業(yè)峻.  船舶力學(xué). 2019(01)
[3]水位變化對正倒錐體冰載荷影響的離散元分析[J]. 龍雪,劉社文,季順迎.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[4]海上風(fēng)力機(jī)錐體結(jié)構(gòu)抗冰性能分析[J]. 許子非,葉柯華,李春,楊陽.  動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2018(09)
[5]融冰期北極海冰單軸壓縮強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J]. 王慶凱,雷瑞波,李志軍.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(10)
[6]冰三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的近場動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬[J]. 薛彥卓,陸錫奎,王慶,白曉龍,李志軍.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[7]渤海海洋平臺不規(guī)則錐體抗冰振性能[J]. 王勝永,岳前進(jìn),畢祥軍,張大勇.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2017(32)
[8]半潛式鉆井平臺的冰區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)[J]. 王麗,傅強(qiáng),張工,王如壯,侯偉平.  中國海洋平臺. 2017(05)
[9]錐體海洋平臺結(jié)構(gòu)冰荷載的離散單元分析[J]. 李曄.  船舶力學(xué). 2017(10)
[10]《中國海冰條件及應(yīng)用》與ISO 19906冰荷載規(guī)定比較[J]. 屈衍,張大勇,許寧,資林欽.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)

博士論文
[1]海洋結(jié)構(gòu)物作用下海冰破壞模式及冰載荷的離散元分析[D]. 龍雪.大連理工大學(xué) 2019
[2]鋼帶纏繞復(fù)合管力學(xué)性能及可靠性分析[D]. 劉婷.浙江大學(xué) 2018
[3]徑向壓力作用下非粘結(jié)柔性管極限承載力研究[D]. 原帥.浙江大學(xué) 2017
[4]動(dòng)力定位能力分析方法與控制算法研究[D]. 徐勝文.上海交通大學(xué) 2016
[5]基于GPU并行算法的海洋平臺及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析[D]. 狄少丞.大連理工大學(xué) 2015
[6]錐體海洋結(jié)構(gòu)的冰荷載研究[D]. 許寧.大連理工大學(xué) 2011
[7]冰塞形成機(jī)理與冰蓋下速度場和冰粒兩相流模擬分析[D]. 王軍.合肥工業(yè)大學(xué) 2007
[8]基于現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的海洋結(jié)構(gòu)隨機(jī)冰荷載分析[D]. 屈衍.大連理工大學(xué) 2006
[9]渤海海冰數(shù)值模擬及其工程應(yīng)用[D]. 季順迎.大連理工大學(xué) 2001

碩士論文
[1]1500米半潛平臺鉆井立管設(shè)計(jì)與分析[D]. 路程越.東北石油大學(xué) 2017
[2]北海半潛式鉆井平臺防凍除冰技術(shù)研究[D]. 楊艷.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[3]冰區(qū)船舶冰載荷及船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 張永達(dá).大連理工大學(xué) 2014
[4]冰與直立型及錐型結(jié)構(gòu)的相互作用力分析[D]. 張帥.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[5]基于應(yīng)變測量的海洋平臺冰荷載研究[D]. 劉通.大連理工大學(xué) 2010
[6]超深水頂端張緊式鉆井隔水管結(jié)構(gòu)與VIV疲勞分析[D]. 高峰.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[7]海冰與錐體抗冰平臺相互作用的數(shù)值分析[D]. 于佰杰.大連理工大學(xué) 2007
[8]破壞模式對錐體結(jié)構(gòu)冰荷載的影響[D]. 韓雷.大連理工大學(xué) 2006
[9]冰與直立結(jié)構(gòu)擠壓破壞時(shí)的極值靜冰力[D]. 胡榮.大連理工大學(xué) 2006



本文編號：3662267