新型延伸式张力腿平台水动力性能研究
本文选题:新型延伸式张力腿平台 + 水动力性能 ; 参考:《中国海洋大学》2015年硕士论文
【摘要】:随着全世界的海洋石油工业发展不断走向深海,深水油气勘探开发引起了越来越多的关注。目前,中国在近海石油和天然气工程领域的发展正处于由浅水到深水的转型阶段,对海洋资源储量丰富的南海区域进行深水油气资源的勘探开发已刻不容缓。海洋平台是海上油气资源开发的必备武器,在浅水区域中,常见的海洋平台有固定式平台和自重式平台,但随着工作水深不断加大,其建造成本也随之迅速增长。在这种情况下,能适应较深工作水深的移动式平台备受关注。在众多移动式平台中,张力腿平台凭借其优越的运动性能和稳定性以及适应工作水深范围大等突出优势,在国际上获得了普遍的发展,已成为世界各地海洋油气行业深水平台的主要形式之一。针对于我国南海海域的环境条件,延伸式张力腿平台在张力腿平台的众多结构型式当中占有较大优势。本文最初对延伸式张力腿平台的研究现状和结构特征进行了简单的介绍,结合传统的延伸式张力腿平台的结构型式,以承继其优点修正其缺点为设计思路,提出一种全新型式的延伸式张力腿平台。通过浮箱与延展结构的一体化设计,减少了平台的模块数量和焊缝数量,降低了平台的建造周期和建造成本,提高了延展结构的抗疲劳性和安全可靠性。然后,本文对提出的新型延伸式张力腿平台在频域内的水动力特性展开了研究。选用DNV公司的SESAM软件中WADAM水动力分析模块,考虑张力腿的附加刚度,计算了平台运动的固有周期和水动力参数以及平台在不同方向波浪荷载作用下的运动响应函数等。通过调整平台主尺度,改善了其艏摇性能。此外,还探究了立柱间距、张力腿刚度、预张力以及张力腿数量对新型平台频域运动性能的影响。最后,考虑中国海南多种环境荷载与新型平台运动的耦合关系,在SESAM软件中的Deep C时域模块里,建立平台全耦合运动系统的数值计算模型,计算新型平台在风、浪、流等环境荷载联合作用和系泊系统的非线性作用下在时域内的运动响应情况,获得新型平台在时域内的运动响应时程、张力腿的张力时程与张力极值等。从计算结果可以得出结论:新型延伸式张力腿平台运动的固有周期在规范要求范围内,其水动力性能良好,满足作业要求。通过分析研究,得出立柱问距、张力腿刚度、预张力以及张力腿数量等平台参数与各自由度运动响应传递函数之间的关系,为研发适应于我国南海深海区域的张力腿平台提供一定的参考。
[Abstract]:With the development of offshore oil industry in the world, more and more attention has been paid to the exploration and development of deepwater oil and gas. At present, the development of offshore oil and gas engineering in China is in the transition from shallow water to deep water. It is urgent to explore and develop deep-water oil and gas resources in the South China Sea region with abundant marine resources. Offshore platform is a necessary weapon for offshore oil and gas resources development. In shallow water area, the common offshore platform includes fixed platform and self-weight platform, but with the increasing of water depth, the construction cost of offshore platform increases rapidly. In this case, the mobile platform, which can adapt to the deeper working depth, has attracted much attention. Among the many mobile platforms, the tension leg platform has gained universal development in the world because of its outstanding advantages, such as its superior motion performance and stability, and its wide range of working depth. It has become one of the main forms of deepwater platforms in offshore oil and gas industry all over the world. In view of the environmental conditions in the South China Sea, the extended tension leg platform has a great advantage in many structural types of the tension leg platform. In this paper, the current research situation and structural characteristics of the extended tension leg platform are introduced briefly. Combining with the traditional structure type of the extended tension leg platform, the design idea is to inherit its advantages and correct its shortcomings. A new type of extended tension leg platform is proposed. Through the integrated design of floating box and extended structure, the number of modules and welds of the platform is reduced, the construction period and construction cost of the platform are reduced, and the fatigue resistance and safety reliability of the extended structure are improved. Then, the hydrodynamic characteristics of the new extended tension leg platform in frequency domain are studied in this paper. The WADAM hydrodynamic analysis module of SESAM software of DNV Company is used to calculate the natural period and hydrodynamic parameters of the platform and the response function of the platform under wave loads in different directions considering the additional stiffness of the tension leg. By adjusting the main scale of the platform, the yawing performance of the platform is improved. In addition, the effects of column spacing, tension leg stiffness, pretension and the number of tension legs on the frequency domain motion performance of the new platform are investigated. Finally, considering the coupling relationship between various environmental loads and the motion of the new platform in Hainan, China, a numerical calculation model of the fully coupled motion system of the platform is established in the Deep C time domain module of the SESAM software to calculate the wind and wave of the new platform. The time history of the motion response of the new platform in time domain and the tension time history and tension extremum of the tension leg are obtained under the combined action of environmental loads such as current and mooring system and the nonlinear response of mooring system in time domain. From the calculation results, it can be concluded that the natural period of the motion of the new extended tension leg platform is within the range of specifications, and its hydrodynamic performance is good and meets the operational requirements. Through analysis and research, the relationship between the platform parameters such as column spacing, tension leg stiffness, pretension and the number of tension legs and the transfer function of motion response of each degree of freedom is obtained. It provides a certain reference for the research and development of tension leg platform in the deep sea area of South China Sea.
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE95
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,本文编号:1853927
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