油气资源开发保障平台系泊系统设计研究

发布时间：2020-04-09 13:50

【摘要】：在《中国制造2025》中,明确指出在海洋工程装备及高技术船舶领域要大力发展海上作业保障装备及其关键系统和专用设备。同时,随着深远海油气钻采装备的研发、建设,南海油气钻采需要大量的物资材料的补给,依靠距离遥远的陆地补给难以满足经济性和效率要求。因此,在大力发展油气钻采装备的同时,急需研发服务于油气资源开发的大型物流供应与保障平台,以满足超远距离海洋油气资源开发所必须的生活居住、医疗保障、物资中转、仓储补给等综合功能,为实现远海海洋资源开发获得有利保障。由此“油气资源开发保障平台”这种新型海洋工程设备的概念应运而生。由于这种新型海工设备的工作性质其将长期系泊于恶劣的海况之中,受到复杂多变的波浪载荷的作用,在这种极端的海况下,平台的系泊定位能力显得尤为重要,对平台的运动响应及系泊缆的疲劳性能的分析是十分必要的。本文主要对以下几个方面进行了研究:1、根据平台的型线图及质量信息建立水动力模型;在单位规则波中对平台进行频域分析,得到附加质量、辐射阻尼、一二阶波浪力传递函数、运动响应幅值算子等水动力参数;对平台的系泊系统进行了初步设计,在频域分析的基础上对平台系泊系统进行时域非线性耦合分析,在百年一遇有台风的海况下计算了该系泊系统的运动响应及系泊缆张力响应的时历曲线,分析不同风浪流夹角对平台系泊系统的运动响应及系泊缆张力响应的影响;计算了三种给定工况下初步系泊方案的系泊性能。2、在平台初步系泊方案的基础上,通过计算分析系泊缆截面水动力系数、系泊缆的材料分布、系泊缆的长度、系泊缆的布置角度、系泊缆的根数、系泊缆的非对称分布等系泊参数对平台系泊性能的影响规律,改进系泊参数优化系泊方案,对优化后的平台系泊方案,计算平台运动偏移量和系泊缆的张力安全系数,结果表明优化后的平台系泊系统的系泊性能有了明显提高,能够满足实际的工程需求。3、对平台系泊系统进行了疲劳性能的分析,选取张力响应最大的系泊缆进行疲劳计算,基于雨流计数法原理,通过Matlab编程对张力时历曲线进行统计处理,得到每一短期海况下的疲劳载荷谱,基于T-N曲线,结合Miner线性累积损伤理论计算系泊缆总的疲劳损伤和疲劳寿命,由计算结果可以看出所设计的平台系泊系统的疲劳性能是满足规范要求的,并且钢缆的疲劳性能明显优于钢链的疲劳性能,系泊缆的疲劳损伤主要发生在钢链部分。
【图文】：

海洋油气

1.1 研究的背景及意义随着世界经济的迅速发展以及全球化的不断加快，人类对石油和天然气的需求不断增加[1]。能源对于一个国家的发展起了至关重要的作用，国家的经济建设和战略安全与能源紧密相连[2]。当今我国经济飞速增长，对能源的消耗急剧增加，据相关资料显示，在 2001 年，我国对石油的年消耗总量约为 2.3 亿吨；在 2003 年，石油的年消耗总量达到了 2.74 亿吨，成为了世界第二大石油消费国，超越了日本仅次于美国；在2005 年，石油年消耗总量达 2.9 亿吨；到了 2010 年，我国石油的需求量达到了 3.2 亿吨，预计到了 2020 年我国的石油年消耗总量将高达 4.5 亿吨；而到了 2050 年，我国很有可能超越美国成为世界能源消耗的第一大国[3]。然而，根据中国国土资源部的资料显示，在过去的 10 年间，国内石油消耗量年均增长 6.66%，而同期国内的石油产量增速仅仅为 1.75%，我国石油消耗总量的迅速增长与石油的生产水平的不足，使我国成为世界上石油进口的大国[4]。同时，我国的内陆油气盆地中，主力油气田大多数已经开采了 30 多年了，大部分油田原油采出程度高达 70%，想要进一步扩大石油的产量是十分困难的。

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江苏科技大学工程硕士学位论文开采年限的不断累加而日趋减少，因此油气资源的开发走向深海是发展的必然趋势。由图 1.1 可以看见，全球的油气资源的开采不断的向海上转移，向深远海进军，海上油气资源产量的占比日益增加。根据相关统计，2005 年全球石油产量的三分之一是海洋石油产量，预计到了 2020 年这一比例将提高到 42%，天然气的产量也将从 28%提高至 36%[5]。由此可以看到，海上油气资源的开发市场前景一片大好，并且随着我国“海洋石油 981”的投入使用，，必将引起南海油气资源开采的新热潮。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.38

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