發(fā)布時間：2020-05-20 02:40

【摘要】：我國南海油氣資源儲量豐富,約占中國石油總儲量的三分之一。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。但由于我國深水油氣開采能力較差,目前國內(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)的浮式平臺已成為研究的熱點。 深水浮式平臺的研究和應(yīng)用始于上個世紀60年代,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,在發(fā)達國家已經(jīng)形成了完備的技術(shù)。而我國深水浮式平臺起步較晚,缺乏自主的關(guān)鍵技術(shù)。平臺技術(shù)的落后不僅嚴重制約了我國深海油氣資源的開發(fā),同時也阻礙了我國參與國外深海油氣開發(fā)。因此,深水浮式平臺的研究對我國海洋工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。本文以半潛式平臺為例,對平臺在風浪聯(lián)合作用下平臺運動性能,以及平臺垂蕩響應(yīng)的控制方案進行了研究。 本文的主要研究內(nèi)容如下: 首先,歸納了浮式平臺的主要結(jié)構(gòu)型式(包括張力腿平臺、Spar平臺、FPSO和半潛式平臺等),闡述了各平臺結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)特點及其發(fā)展過程,并對一些新型的平臺結(jié)構(gòu)型式進行了簡要介紹。同時,對浮式平臺的研究現(xiàn)狀進行了綜述。 第二,對半潛式平臺的風荷載及表面風壓進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中基于N-S方程,選擇剪切應(yīng)力運輸湍流模型、二階迎風格式離散方法和三維穩(wěn)態(tài)隱式解法,進行了平臺風荷載和表面風壓的數(shù)值計算。制作了1:100和1:150的實驗?zāi)Ｐ?分別用于測壓和測力的風洞實驗,并通過風洞實驗對研究內(nèi)容進行了測量。通過對數(shù)值和實驗結(jié)果的分析,得到了各風向角作用下平臺的風力系數(shù)和風壓分布規(guī)律,并分析了平臺傾角對其風荷載的影響。 第三,對半潛式平臺在風浪聯(lián)合作用下的水平運動響應(yīng)進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中平臺的風荷載采用第二章所得結(jié)果,波浪荷載由邊界元方法計算確定,錨泊系統(tǒng)的拉力采用分段外推校正法計算確定,在此基礎(chǔ)上進行了平臺水平響應(yīng)的數(shù)值計算,得到了研究結(jié)果。制作了1:100的實驗?zāi)Ｐ?通過風洞浪槽實驗對風浪聯(lián)合作用下平臺的水平響應(yīng)進行了測量。通過數(shù)值和實驗結(jié)果的分析,得到了各種海況條件下平臺的水平運動響應(yīng)時程曲線,并分析了風對平臺水平運動響應(yīng)的影響。 第四,對半潛式平臺的氣隙響應(yīng)進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中采用了時域格林函數(shù)方法,計算了平臺的運動響應(yīng)及波面時程,并由二者計算得出了平臺甲板下表面的氣隙響應(yīng)。采用第三章的實驗?zāi)Ｐ?進行了平臺甲板下表面波浪砰擊實驗。通過數(shù)值和實驗結(jié)果的分析,得到了平臺甲板下表面各點的氣隙響應(yīng)時程曲線,確定了平臺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)計了帶有活動垂蕩板的半潛式(MHS)平臺結(jié)構(gòu)型式,提出了這種平臺垂蕩響應(yīng)RAO的數(shù)值計算方法,優(yōu)化了平臺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,對平臺主體的偏轉(zhuǎn)性能進行了改進。 最后,參考Truss-spar平臺的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了適用于承載風機的Truss-spar-buoy浮式平臺結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值方法,研究了風機對平臺的影響,并對平臺運動響應(yīng)進行了頻域和時域分析。同時,為了進一步減小平臺的運動響應(yīng),提出了雙錨泊系統(tǒng)的設(shè)計方案,對平臺的錨泊定位系統(tǒng)進行了改進。
【圖文】：

這兩個問題隨著水深的增加而加劇，，對張力腿的安全性有很大的影響。圖1-1 第一代張力腿平臺 圖1-2 SeaStar 張力腿平臺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 圖1-2 SeaStar 張力腿平臺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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P754

【參考文獻】

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本文編號：2671898