张力腿平台筋腱连接器力学性能分析及试验研究

发布时间：2020-11-08 15:54

【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.38
【部分图文】：

1第1章绪论1.1课题的背景和研究意义随着全球经济的不断发展，对能源的需求也日益增强，能源短缺加速了各个国家对能源的开发和探索。根据中国石油和化学工业协会(CPCIA)发布的年度报告，中国在2016年度平均每天消耗原油1150万桶，而国内日产量仅为400万桶，石油供应大幅度依赖国际市场进口，供给类型较为单一[1]。近年来，海洋因其所蕴藏的巨大能源潜力受到了关注。随着陆上能源逐渐枯竭及能源可持续发展的需要，探索开发海洋能源成为了当今时代发展的重要课题。我国海洋所蕴藏的油气资源储量与陆地相当，探明率仅为24.2%，且探明区域中接近四分之三蕴藏于水下500m以下，开采难度远高于世界平均水平[2]。由此可见，在有“第二个波斯湾”之称的南海海域，将承担着我国未来海洋油气开发的重任。图1.1我国南海洋油气资源分布从1896年亨利·威廉姆斯在加利福尼亚的萨默菲尔德海岸在栈桥上开采石油开始，海洋油气工业发展至今已经有120年的历史[3]。当今，海洋平台已经成为海上油气开采的重要形式，其工作水深在30m至3000m之间，覆盖了海洋油气钻探、生产、存储及运输的全过程[4]。海洋平台种类众多，其中在500m至1500m的深水区域主要使用张力腿平台和SPAR平台。由于张力腿平台优异的动态特性适用于南海海况，因此对张力腿平台的深入研究有很强的实际需求[5]。张力腿平台采用典型的顺应式浮动结构，通过若干条张力筋腱将平台与海底桩基相连接[6]。筋腱连接器作为连接部位的核心部件，具有快速安装、柔性连接、承载能力强哈尔滨工程大学硕士学位论文

哈尔滨工程大学硕士学位论文2的特点，而我国暂无相关研究，因此，设计一套具有自主知识产权的张力腿平台筋腱连接器对张力腿平台的整体研发、打破技术垄断及开发南海油气具有重要的价值和意义。1.2张力腿平台概况1.2.1张力腿平台的组成张力腿平台的概念是由浮动式平台的修改和组合而成，通过自身浮力支撑平台本体产生远大于结构自重的浮力，浮力抵消自重后的剩余浮力与筋腱预张力平衡[7]。预张力作用在垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。这种受力状态使得平台的横尧纵摇和垂荡近于刚性，而平面内运动横荡、纵荡和首摇则显示出柔性，张力腿平台在各个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋能量集中频带。通常张力腿平台纵向摆动频率为0.25~0.5Hz，横向运动频率为0.01~0.005Hz，整个张力腿平台结构的固有频率在海浪一阶频率的两端，避免了平台和海浪发生共振，使平台具有更好的稳定性及动态特性[8]。张力腿平台通过自身的结构形式，张力腿平台通常由以下五部分组成，分别是平台上体（Topside）、立柱（Column）、下体浮箱（Pontoon）、张力筋腱系泊系统（Tendon）和锚固基础（PileFoundation），如图1.2所示。前三个部分合称为平台本体，位于水面线附近，锚固基础位于海底泥线附近，两者通过张力筋腱系泊系统连接[9-10]。立柱下体浮箱张力腿系泊系统锚固基础平台上体立管海底井口图1.2张力腿平台总体示意图张力腿平台中每个部分对应的结构和功能详述如下：（1）平台上体：张力腿平台甲板以上的部分，担负平台的生产与生活功能，设有钻井、发电、直升机平台及生活中心等区域。平台中部安装有湿式、干式或干湿组合式采油树，配合浮式生产储油卸油装置（FPSO）或外输管道完成采油作业[11]。

哈尔滨工程大学硕士学位论文4种各样的家族成员[17]。根据其结构布置形式，张力腿平台诞生以来经历了两个阶段的更替迭代。第一代张力腿平台为传统大型平台，如图1.3（a），平台上体通过四根立柱分布在矩形平面四角，具有干式采油树和完整的钻井、生产系统。Hutton、Auger、Ram等张力腿平台均采用了该设计，适用水深在500ft（约合152m，Hutton平台）至2860ft（约合872m，Auger平台）。这种设计由于平台自重较重，浮力较少，对使用水深有一定限制[18]。20世纪90年代后，张力腿平台在结构形式上有了很大的改变，衍生出Seastar、MOSES、ETLP等平台形式，如图1.4（b）~（d）。与传统张力腿平台相比，他们在优化主体结构、提高平台运动性能方面有更积极的探索，其结构方案分别已经应用到Morpeth、Prince、KizombaA等张力腿平台上。（a）Ram，传统型张力腿平台（b）Morpeth，Seastar型张力腿平台（c）Prince，MOSES型张力腿平台（d）KizombaA，ETLP型张力腿平台图1.3现役张力腿平台外观图1.3张力腿平台筋腱连接器概况1.3.1张力腿平台筋腱连接器的组成张力筋腱系泊系统是以系泊张力腿平台为目的，连接张力腿平台本体和锚固基础的一个系统组件[19]。筋腱系统主要包括筋腱单元、筋腱接头与筋腱连接器，如图1.4所示。
【参考文献】

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本文编号：2875000