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1、第40卷第9期2010年9月中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)PERIODICAL()FOCEANUNIVERSITYOFCHINA40(9)：147～153Sep．，2010系泊模式對(duì)深水Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能的影響’孫金偉，王樹青(中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東青島266100)摘要：在頻域和時(shí)域內(nèi)研究對(duì)等分布式系泊和分組式系泊2種系泊模式對(duì)Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能的影響，并分析單根系泊纜破斷失效后平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能的變化。首先建立Spar平臺(tái)的三維水動(dòng)力模型，通過在平臺(tái)柱體導(dǎo)纜孔處指定預(yù)張力、傾角和剛度來模擬系泊系統(tǒng)的影響；然后采用三維勢(shì)流理論進(jìn)行浮體水動(dòng)力計(jì)算，獲得Spar平
2、臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的傳遞函數(shù)等水動(dòng)力參數(shù)；最后根據(jù)實(shí)際海況資料，在平臺(tái)生存工況下，進(jìn)行Spar平臺(tái)在完好系泊和單根系泊纜破斷失效狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的短期預(yù)報(bào)，并在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行耦合分析。研究平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和系泊纜張力變化情況。研究結(jié)果對(duì)Spar平臺(tái)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)和平臺(tái)設(shè)計(jì)前期運(yùn)動(dòng)性能研究有參考意義。關(guān)鍵詞：深水；Spar平臺(tái)；運(yùn)動(dòng)性能；系泊模式；短期預(yù)報(bào)；時(shí)域分析中圖法分類號(hào)：TU312文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672—5174(2010)09—147一07隨著工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)今世界大部分地區(qū)的淺海油氣資源已日趨減少，海洋油氣開發(fā)由近海向深海發(fā)展已成必然趨勢(shì)。在深海和超深
3、海油氣開發(fā)中，深海浮式平臺(tái)發(fā)揮著越來越重要的作用。單柱式平臺(tái)(Spar)是深海采油較常用的浮式平臺(tái)，其特點(diǎn)是吃水深，重心很低，波浪對(duì)其影響較小，相對(duì)而言在惡劣的海況下具有良好的穩(wěn)定性；同時(shí)Spar造價(jià)低、便于安裝、可重復(fù)使用，其柱體內(nèi)部可儲(chǔ)油，而大吃水柱體對(duì)立管有良好的保護(hù)作用；平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)水深變化不敏感，更適宜于在深水海域應(yīng)用。Spar平臺(tái)靠系泊系統(tǒng)固定在工作海域進(jìn)行作業(yè)，慢變的波浪、風(fēng)、流載荷使系泊浮式平臺(tái)產(chǎn)生較大的低頻慢漂運(yùn)動(dòng)，波頻運(yùn)動(dòng)使系泊系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的動(dòng)力響應(yīng)，而不同的系泊模式對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能有較大的影響，因此在Spar平臺(tái)設(shè)計(jì)前期，有
4、必要對(duì)不同形式的系泊模式展開研究。近年來，關(guān)于深水浮體水動(dòng)力性能方面的研究較多，而考慮系泊模式對(duì)浮體運(yùn)動(dòng)性能影響的研究則相對(duì)較少。WANGYing[1]等在頻域和時(shí)域內(nèi)研究了1種新型Spar平臺(tái)--GeometricSpar的水動(dòng)力性能，考慮了浮體與立管及錨泊系統(tǒng)的耦合影響。童波[2]等探討了半潛式平臺(tái)懸鏈線式系泊系統(tǒng)下，系泊纜直徑、長(zhǎng)度和預(yù)張力角度以及系泊纜布置角度和系泊纜數(shù)目對(duì)于錨泊系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。王世圣[3]等應(yīng)用SES-AM軟件研究了4種深水半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能，應(yīng)用頻域分析法對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了短期預(yù)報(bào)。潘子輝[4]應(yīng)
5、用MOSES軟件對(duì)一座·基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50739004，50639030)資助收稿只期：2009—11—26；修訂日期?2010-02-15作者簡(jiǎn)介：孫金偉(1985一)，男，碩士生，E-mail：sunjinwei@ouc．edu．Cl'l工作海域?yàn)槲覈?guó)南海的深海半潛式鉆井平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。陳徐均[5]等對(duì)單一錨鏈的錨泊系統(tǒng)，基于線性化假設(shè)推導(dǎo)了不同布鏈方式下交叉型和人字型錨鏈系統(tǒng)提供的首搖和橫搖回復(fù)力矩的大小以及方向的不確定性。T．M．SmithL6J通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)隨著位移的增大，錨泊線夾角為22．5
6、～67．5(。)的錨泊系統(tǒng)布置方式的系統(tǒng)回復(fù)力顯示出方向上的平穩(wěn)性。關(guān)于深水浮式平臺(tái)水動(dòng)力性能的研究，通常采用數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法。但是，模型試驗(yàn)對(duì)水池的水深有較高要求，國(guó)內(nèi)能夠開展模型實(shí)驗(yàn)的單位和機(jī)構(gòu)并不多，模型試驗(yàn)在條件上存在著一定的限制；國(guó)內(nèi)外某些文獻(xiàn)有平臺(tái)模型試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，但通常缺乏平臺(tái)具體的尺寸參數(shù)，在數(shù)模的建立上存在難度，因此要做到數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合還存在一定困難。本文主要采用數(shù)值模擬的方法來開展研究。DNV船級(jí)社的SESAM軟件是海洋工程界較成熟的商業(yè)軟件，其HYDROD和DEEPC模塊分別針對(duì)頻域內(nèi)水動(dòng)力特性計(jì)
7、算和時(shí)域內(nèi)耦合分析，被證明可信度較高，本文主要采用此軟件作為數(shù)值分析的工具。本文在頻域和時(shí)域內(nèi)研究了對(duì)等分布式系泊和分組式系泊2種系泊模式對(duì)Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能的影響，并分析了單根系泊纜破斷失效情況下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能的變化情況。頻域內(nèi)以三維勢(shì)流理論為基礎(chǔ)計(jì)算Spar平臺(tái)的水動(dòng)力特性，建立Anchor單元模擬系泊纜的預(yù)中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)張力、傾角及回復(fù)剛度等，計(jì)算了浮體的運(yùn)動(dòng)特性，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的短期預(yù)報(bào)；時(shí)域分析考慮了錨泊系統(tǒng)與浮體的耦合作用，結(jié)合頻域水動(dòng)力參數(shù)，建立Spar平臺(tái)和錨泊系統(tǒng)的耦合模型，進(jìn)行了非線性時(shí)域模擬分析[7]，獲取了浮體運(yùn)動(dòng)特性和系
8、泊纜張力結(jié)果，綜合比較頻域和時(shí)域分析結(jié)果，得出了有意結(jié)論。1計(jì)算相關(guān)理論1．1三維勢(shì)流理論海洋工程結(jié)構(gòu)中，對(duì)
