半潜式钻井平台锚泊定位三维动态仿真

发布时间：2017-10-03 02:00

  本文关键词：半潜式钻井平台锚泊定位三维动态仿真

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【摘要】：半潜式钻井平台具有抵抗风浪能力突出,载荷可变量大,作业范围广等优点,在深海油气开发过程中得到了广泛的应用。锚泊定位系统是半潜式钻井平台的重要设备之一。仿真、模拟环境载荷下平台锚泊定位具有一定的实际应用价值。本文以海洋石油981钻井平台为研究对象,根据平台锚泊定位系统的配置以及定位控制的要求,利用数学模型、环境载荷计算、优化算法、建模软件等技术实现了平台锚泊系统的三维动态仿真系统。主要完成工作如下:(1)在明确研究对象和相应的参数以及假设海浪的一阶干扰力引起的往复运动不计入系泊系统的控制要素之下,探讨了平台锚泊定位系统的运动模型,风载荷计算模型,海浪的二阶干扰力的计算模型以及流载荷的扰动力计算模型;讨论了海浪的形成与分类、Jonswap海浪谱密度函数以及海浪平面的数学模型;仿真了单点浪高随时间变化的二维图以及同一时刻不同平面点的三维海面图。(2)针对海洋钻井平台锚泊定位系统受风、浪、流环境因素影响问题,在平台锚泊定位系统低频运动模型、风、流以及二阶波浪力载荷计算数学建模的基础上,建立了锚链张力优化目标函数和约束条件,利用非线性规划与遗传算法结合的改进的遗传算法优化锚链的张力分布,保证12条锚链受力尽力均衡,防止单根锚链因受力过大而断裂,并在Simulink中搭建仿真模型,进行时域运动仿真,仿真结果表明:所建立的优化模型是有效的。(3)在了解海洋钻井平台、锚泊定位系统的构造与配置以及采集实体模型数据的基础上,选择3D模型开发工具;讨论了建模原则、建模方法以及建模中应注意的问题;在3ds Max中制作了半潜式钻井平台的三维初始模型;再利用Creator软件以及模型优化技术,较好地解决了三维仿真中实时性与真实性的矛盾。(4)应用Vega Lnyx可视化编程以及Vega API编程驱动实体模型,实现海洋半潜式钻井平台锚泊定位系统在不同海况下的三维动态仿真。
【关键词】：半潜式钻井平台 锚泊定位 环境载荷 张力优化 三维仿真
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE951;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景与意义14-15
• 1.2 国内外的研究现状15-18
• 1.2.1 海洋钻井平台的情况15
• 1.2.2 锚泊定位的研究情况15-17
• 1.2.3 仿真技术的研究情况17-18
• 1.3 采用锚泊定位系统的深水平台18-19
• 1.3.1 TLP平台18
• 1.3.2 单柱式平台18
• 1.3.3 浮式生产储油系统18-19
• 1.3.4 半潜式平台19
• 1.4 锚泊定位系统19-20
• 1.4.1 锚泊定位系统分类19
• 1.4.2 半潜式平台锚泊定位系统的工作原理19-20
• 1.5 主要研究内容及其论文结构20-22
• 1.5.1 主要研究内容20-21
• 1.5.2 论文结构21-22
• 第2章 数学模型及海浪仿真22-37
• 2.1 研究对象22-26
• 2.1.1 981钻井平台概况22-23
• 2.1.2 平台主要参数23
• 2.1.3 风与流的载荷系数23-26
• 2.2 平台与环境载荷模型26-29
• 2.2.1 平台自由度26
• 2.2.2 平台3自由度模型26-27
• 2.2.3 风载荷模型27-28
• 2.2.4 浪载荷模型28-29
• 2.2.5 流载荷模型29
• 2.3 环境干扰下的开环仿真29-32
• 2.4 海浪模型及其仿真32-35
• 2.4.1 海浪32-33
• 2.4.2 Jonswap海浪谱密度函数33
• 2.4.3 海浪数学模型33-34
• 2.4.4 仿真结果34-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 锚泊定位系统锚链张力优化算法37-51
• 3.1 锚链张力优化数学模型37-38
• 3.1.1 锚链张力优化概述37
• 3.1.2 张力优化目标函数和约束条件37-38
• 3.2 锚链张力优化算法38-45
• 3.2.1 遗传算法39-42
• 3.2.2 非线性规划算法42
• 3.2.3 改进遗传算法42-45
• 3.3 锚链张力优化算法的仿真结果及其应用45-50
• 3.3.1 张力优化算法的仿真结果45-46
• 3.3.2 张力优化应用仿真46-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 三维模型的建立51-61
• 4.1 开发工具选择51-54
• 4.1.1 开发工具比较51-52
• 4.1.2 3DS MAX52-54
• 4.1.3 Multigen Creator54
• 4.2 建模原则与方法54-56
• 4.2.1 建模原则54
• 4.2.2 建模方法54-55
• 4.2.3 模型层次化安排55-56
• 4.2.4 建模过程中要注意的问题56
• 4.3 3D模型示例56-60
• 4.3.1 模型制作56-57
• 4.3.2 模型优化57-58
• 4.3.3 模型实例58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 三维动态仿真61-75
• 5.1 三维仿真系统方案流程61
• 5.2 三维仿真海洋环境的建立61-64
• 5.2.1 Vega软件62
• 5.2.2 基于LynX的三维虚拟场景设计62-64
• 5.3 半潜式钻井平台三维仿真的实现64-73
• 5.3.1 坐标转换64-65
• 5.3.2 碰撞检测65
• 5.3.3 抛锚作业仿真65-69
• 5.3.4 半潜式平台运动仿真69-73
• 5.4 本章小结73-75
• 总论与展望75-77
• 总结75
• 展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士期间发表的学术论文81-83
• 致谢83-84
• 详细摘要84-88

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本文编号：962484