浮式钻井生产储油轮水动力特性的数值研究

发布时间：2017-07-08 01:08

  本文关键词：浮式钻井生产储油轮水动力特性的数值研究

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【摘要】：近些年来,全球能源的需求日益增长,各国竞相争夺开发深海蕴藏的油气资源,深水油气开采技术的掌握成为领先开采战略的主动权。传统意义上油气开采需要专门的钻采平台系统和储油平台系统,生产周期长、成本高且作业灵活性较差。浮式钻井生产储油轮(Floating,drilling,production,storage and offshore vessel,简称FDPSO)既具有较强的生产储油特点,又具备钻探和完井的功能,是集油矿钻探、原油生产、储备以及外输等功能于一体的海洋平台。其优越性能吸引了海洋石油工程界和众多科研机构的关注,一些船厂开始陆续建造。FDPSO有月池结构,使其在波浪环境下的安全可靠性分析不能借鉴于一般船舶。因此,对FDPSO水动力性能的研究具有重要意义。以一艘210米长的浮式钻井生产储油轮FDPSO为研究对象,采用水动力软件AQWA数值模拟法,研究了南海海域下浮式钻井生产储油轮FDPSO的水动力特性。基于三维势流理论,在频域范围内分析了月池尺寸、位置、吃水下船体的六自由度的附加质量和辐射阻尼系数,研究了月池尺寸、位置、吃水对FDPSO总体水动力特性的影响。结果表明,月池内流体的“活塞”振荡会增大船体的垂荡运动幅度;船体附加质量和辐射阻尼系数存在极值,该极值对应的波浪频率与月池尺寸、吃水有关,与位置无关。对比分析了FDPSO压载载况和满载载况的船体水动力参数,包括运动响应幅值算子、一阶波浪激励力和平均波浪漂移力,研究了频域范围内两种载况FDPSO的水动力特性。由于船体湿表面面积基本相似,满载载况和压载载况类似。根据卡明斯原理,采用频域转换时域的方法,模拟中国南海海域环境,对FDPSO进行船体/系泊缆时域耦合的运动响应分析。初步设计了FDPSO的单点系泊系统,选取南海一年一遇作业海况和百年一遇生存海况,进行了风、浪、流不同组合工况下压载FDPSO的平衡位置、运动响应分析及钻井和生存安全校核,验证了FDPSO满足作业和生存条件;分析了生存海况下系泊缆索的完整系泊和单缆破断情况下的运动响应和系泊张力,验证了系泊缆索在完整工况和破损工况下的安全性并作出了相应评估。
【关键词】：FDPSO 水动力特性 数值模拟 月池 单点系泊
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.38
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国内外已建成的FDPSO12-14
• 1.2.2 FDPSO水动力研究进展14-15
• 1.2.3 系泊设计研究进展15-16
• 1.3 论文的研究内容16-17
• 第2章 水动力分析基础理论17-30
• 2.1 三维势流理论17-21
• 2.1.1 坐标系定义17-18
• 2.1.2 速度势及定解条件18-20
• 2.1.3 格林函数20-21
• 2.2 水动力计算理论21-28
• 2.2.1 附加质量和辐射阻尼系数21-22
• 2.2.2 一阶波浪激励力22-23
• 2.2.3 静水回复力23-24
• 2.2.4 频域运动方程24
• 2.2.5 二阶波浪力24-25
• 2.2.6 时域分析25-28
• 2.3 AQWA简介28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 月池对FDPSO水动力性能的影响分析30-43
• 3.1 水动力分析模型30-31
• 3.1.1 FDPSO的平台参数30
• 3.1.2 水动力模型在AQWA中的条件设置30-31
• 3.1.3 固有周期计算结果31
• 3.2 月池对FDPSO附加质量和辐射阻尼的影响分析31-41
• 3.2.1 月池尺寸对FDPSO附加质量和辐射阻尼的影响分析32-36
• 3.2.2 月池位置对FDPSO附加质量和辐射阻尼的影响分析36-38
• 3.2.3 月池吃水对FDPSO附加质量和辐射阻尼的影响分析38-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第4章 FDPSO频域水动力特性分析43-52
• 4.1 水动力分析模型43
• 4.2 规则波和入射波在AQWA中的设置43-44
• 4.3 线性化阻尼矩阵44
• 4.4 运动响应幅值算子的分析44-47
• 4.5 一阶波浪激励力的分析47-49
• 4.6 平均波浪漂移力的分析49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 FDPSO时域水动力特性分析52-69
• 5.1 环境载荷52-54
• 5.1.1 风载荷52-53
• 5.1.2 流载荷53
• 5.1.3 波浪载荷53-54
• 5.2 系泊力54-56
• 5.2.1 系泊静力计算55
• 5.2.2 系泊动力计算55-56
• 5.3 时域水动力分析56-63
• 5.3.1 锚泊参数56-58
• 5.3.2 海洋环境条件58
• 5.3.3 结果分析58-63
• 5.4 系泊系统的影响分析63-68
• 5.4.1 完整系泊时域分析结果63-66
• 5.4.2 单缆破断时域分析结果66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 在学期间科研成果情况75

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