浮式平台系泊系统动力响应分析
当今世界能源的消耗日益增大，但陆地石油资源却越来越匮乏，因此，海洋石油的开发在今后就显得愈加最重要。我国的南海拥有极其丰富的开采资源，但是当地的水文环境却相对恶劣，使得开发具有难度。最近，随着“海洋石油981”的成功开采，更加坚定了我们对于深海半潜式平台研究的决心，促使我们投入更大的热情与努力。本次毕业设计是采用DNV的SESAM软件对一艘半潜式平台（OCEAN500）的系泊系统进行水动力响应分析。首先是使用GeniE进行建模，建立包括该平台的两个下浮体和四个立柱的板模型，然后用HydroD中的WADAM模块进行水动力分析，得到数据后再导入DeepC中进行系泊系统的水动力分析。对于该半潜平台，分别讨论其在自存工况（吃水13.5m）和工作工况（吃水20m）下的作业，作业水深分为100m和150m两种，讨论其运动的变化，再破坏一根最大受力缆讨论其运动改变。数值模拟包括频域和时域计算。本文既采用频域也采用时域分析方法对半潜平台及其系泊系统进行水动力分析。频域计算主要表征海洋结构物在不同频率下的附加质量系数和附加阻尼系数，得到RAO、一阶波浪力、二阶波浪力和传递函数等。时域分析方法是表征海洋结构物及其系泊系统在一定的海洋环境条件下的运动响应和每根系泊缆的受力状况。该平台是用十根锚链关于中纵剖面对称布置，Fairlead位于左右舷侧，该平台的横荡比较小，纵荡和垂荡都比较大，横摇比较大，艏摇和纵摇比较小，由于其运动加速度比较小，因此认定是可以进行工作居住的。关键词：半潜式平台； SESAM； 水动力响应;系泊系统 目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 我国海洋工程发展现状 2
1.3 半潜平台综述 3
1.4 半潜式平台水动力性能研究现状 4
1.5 本文研究的内容 6
第二章 SESAM软件 7
2.1 SESAM 软件介绍 7
2.2 GeniE——结构建模模块 7
2.3 HydroD——稳性和水动力性能分析模块 7
2.4 DeepC——系泊系统分析模块 8
2.5 SESAM软件总结 8
第三章 基本原理 9
3.1 三维势流理论 9
3.1.
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章 SESAM软件 7
2.1 SESAM 软件介绍 7
2.2 GeniE——结构建模模块 7
2.3 HydroD——稳性和水动力性能分析模块 7
2.4 DeepC——系泊系统分析模块 8
2.5 SESAM软件总结 8
第三章 基本原理 9
3.1 三维势流理论 9
3.1.1 坐标系 9
3.1.2 速度势 9
3.2 频域下半潜式平台水动力参数计算 11
3.2.1 响应幅值算子 11
3.2.2 附加质量和阻尼系数 12
3.2.3 回复力刚度 12
3.2.4 线性波浪激励下的运动方程 13
3.3 时域、频域的分析转换 13
3.4 时域下运动方程的求解 14
3.4.1 波浪载荷 14
3.4.2 一阶波浪力 14
3.4.3 二阶波浪漂移力 15
3.4.4 耦合分析 15
3.5 浮式结构物运动方程 16
3.5.1 风载荷 17
3.5.2 浪载荷 17
3.5.3 流载荷 18
第四章 半潜平台水动力性能分析 19
4.1 模型建立 19
4.1.1 半潜平台参数 19
4.1.2 半潜平台板模型 19
4.2 半潜平台频域分析（运动RAO） 20
4.2.1 浪向影响 25
4.2.2 不同波浪类型影响 27
4.3 半潜平台系泊系统分析 29
4.3.1 破缆分析 32
结论与展望 35
主要结论 35
进一步研究与展望 35
参 考 文 献 37
致 谢 37
第一章 绪论
1.1 引言
自大工业革命以来，人类对于能源的需求就越来越大，然而，随着陆地开采的范围越来越大，陆地油气已经渐渐的不能满足人们的需求，出现了供不应求的现象。现如今的石油产业正面临着极大的挑战，油气储量不能满足需求。但全球油气的消耗量却仍在以较快的速度增长。根据国际能源署的预测，世界石油需求在2030年前都将保持年均1.6%的增长，到2030年将会达到57.69亿吨。天然气需求在2030年以前将保持2.4%的增长速度，在2030年油当量将达到42.03亿吨，占能源需求的65%。天然气估计将在2015年超过煤炭成为第二大能源。随着陆上油气资源的日渐枯竭，海洋油气将成为未来世界能源开采的主要来源。有数据表明，全世界的平均水深为3730m[1]，大部分的海域水深都在这个值附近，也就是说，大部分海域都属于深水区。现在发现的大部分油气能源也都储藏这些深水区域，浅水的海域的油气资源由于勘探的较早，也已经较早的被开发完成。人类对于油气资源的获取正在走向越来越深水。下图11反应了近年来深海油气田的开发数目。
图11 深海油气田开发数目趋势
可以看出，随着水深的增加，原本的重力式、坐底式等平台已经不适合于开采作业。近几十年来，随着海洋工程的大发展，已经出现了许多的新型平台，例如：半潜式平台、Spar平台、FPSO等等
各种浮式平台的外形特征和适应水深见下图12及下表13
图12 不同类型平台的比较
表11 不同类型平台水深范围比较
设施类型
水深范围（m）
最大水深（m）
最大水深限制因素
导管架
＜300
450
重量，经济性
顺应式
300600
534.6
钢量，钢材料
张力腿式
1502000
1433
经济性
浮筒式
3003000
1710
费用，现有技术
半潜式
1003000
2500
费用，现有技术
船式
3000
1853
费用，现有技术
1.2 我国海洋工程发展现状
在现如今的海洋工程装备领域，中国正处于非常尴尬的境地，虽然已经踏足该领域，但是由于起步较晚再加上技术力量不足，还处于行业的下游，担任体力劳动者的角色，盈利的手段靠的还是廉价的劳动力，但凡涉及比较高端的核心技术领域，总会受制于他人，超过70%的设备需要进口，尤其是关键设备这个比例还要提高。所以，为了提高海洋领域的自主能力，增强国家自信，首要的就是提高技术能力，打破了垄断[3]。
从全球来看，目前的海洋工程装备领域分工明确，欧美发达国家占据着行业的上游，担任着设计者的角色，垄断着高新技术，领导着行业的发展，且已经放弃掉下游的制造产业，现如今世界有名的欧美企业和少数日本企业，例如美国的F&G公司、法国的Technip公司、挪威Aker Kvaemer、日本的MODEC公司、意大利Saipem等等[3]。版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/476.html
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 我国海洋工程发展现状 2
1.3 半潜平台综述 3
1.4 半潜式平台水动力性能研究现状 4
1.5 本文研究的内容 6
第二章 SESAM软件 7
2.1 SESAM 软件介绍 7
2.2 GeniE——结构建模模块 7
2.3 HydroD——稳性和水动力性能分析模块 7
2.4 DeepC——系泊系统分析模块 8
2.5 SESAM软件总结 8
第三章 基本原理 9
3.1 三维势流理论 9
3.1.
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章 SESAM软件 7
2.1 SESAM 软件介绍 7
2.2 GeniE——结构建模模块 7
2.3 HydroD——稳性和水动力性能分析模块 7
2.4 DeepC——系泊系统分析模块 8
2.5 SESAM软件总结 8
第三章 基本原理 9
3.1 三维势流理论 9
3.1.1 坐标系 9
3.1.2 速度势 9
3.2 频域下半潜式平台水动力参数计算 11
3.2.1 响应幅值算子 11
3.2.2 附加质量和阻尼系数 12
3.2.3 回复力刚度 12
3.2.4 线性波浪激励下的运动方程 13
3.3 时域、频域的分析转换 13
3.4 时域下运动方程的求解 14
3.4.1 波浪载荷 14
3.4.2 一阶波浪力 14
3.4.3 二阶波浪漂移力 15
3.4.4 耦合分析 15
3.5 浮式结构物运动方程 16
3.5.1 风载荷 17
3.5.2 浪载荷 17
3.5.3 流载荷 18
第四章 半潜平台水动力性能分析 19
4.1 模型建立 19
4.1.1 半潜平台参数 19
4.1.2 半潜平台板模型 19
4.2 半潜平台频域分析（运动RAO） 20
4.2.1 浪向影响 25
4.2.2 不同波浪类型影响 27
4.3 半潜平台系泊系统分析 29
4.3.1 破缆分析 32
结论与展望 35
主要结论 35
进一步研究与展望 35
参 考 文 献 37
致 谢 37
第一章 绪论
1.1 引言
自大工业革命以来，人类对于能源的需求就越来越大，然而，随着陆地开采的范围越来越大，陆地油气已经渐渐的不能满足人们的需求，出现了供不应求的现象。现如今的石油产业正面临着极大的挑战，油气储量不能满足需求。但全球油气的消耗量却仍在以较快的速度增长。根据国际能源署的预测，世界石油需求在2030年前都将保持年均1.6%的增长，到2030年将会达到57.69亿吨。天然气需求在2030年以前将保持2.4%的增长速度，在2030年油当量将达到42.03亿吨，占能源需求的65%。天然气估计将在2015年超过煤炭成为第二大能源。随着陆上油气资源的日渐枯竭，海洋油气将成为未来世界能源开采的主要来源。有数据表明，全世界的平均水深为3730m[1]，大部分的海域水深都在这个值附近，也就是说，大部分海域都属于深水区。现在发现的大部分油气能源也都储藏这些深水区域，浅水的海域的油气资源由于勘探的较早，也已经较早的被开发完成。人类对于油气资源的获取正在走向越来越深水。下图11反应了近年来深海油气田的开发数目。
图11 深海油气田开发数目趋势
可以看出，随着水深的增加，原本的重力式、坐底式等平台已经不适合于开采作业。近几十年来，随着海洋工程的大发展，已经出现了许多的新型平台，例如：半潜式平台、Spar平台、FPSO等等
各种浮式平台的外形特征和适应水深见下图12及下表13
图12 不同类型平台的比较
表11 不同类型平台水深范围比较
设施类型
水深范围（m）
最大水深（m）
最大水深限制因素
导管架
＜300
450
重量，经济性
顺应式
300600
534.6
钢量，钢材料
张力腿式
1502000
1433
经济性
浮筒式
3003000
1710
费用，现有技术
半潜式
1003000
2500
费用，现有技术
船式
3000
1853
费用，现有技术
1.2 我国海洋工程发展现状
在现如今的海洋工程装备领域，中国正处于非常尴尬的境地，虽然已经踏足该领域，但是由于起步较晚再加上技术力量不足，还处于行业的下游，担任体力劳动者的角色，盈利的手段靠的还是廉价的劳动力，但凡涉及比较高端的核心技术领域，总会受制于他人，超过70%的设备需要进口，尤其是关键设备这个比例还要提高。所以，为了提高海洋领域的自主能力，增强国家自信，首要的就是提高技术能力，打破了垄断[3]。
从全球来看，目前的海洋工程装备领域分工明确，欧美发达国家占据着行业的上游，担任着设计者的角色，垄断着高新技术，领导着行业的发展，且已经放弃掉下游的制造产业，现如今世界有名的欧美企业和少数日本企业，例如美国的F&G公司、法国的Technip公司、挪威Aker Kvaemer、日本的MODEC公司、意大利Saipem等等[3]。版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/476.html
