系泊模式对深水Spar平台运动性能的影响.pdf

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1、第40卷第9期2010年9月中国海洋大学学报PERIODICAL()FOCEANUNIVERSITYOFCHINA40(9)：147～153Sep．，2010系泊模式对深水Spar平台运动性能的影响’孙金伟，王树青(中国海洋大学工程学院，山东青岛266100)摘要：在频域和时域内研究对等分布式系泊和分组式系泊2种系泊模式对Spar平台运动性能的影响，并分析单根系泊缆破断失效后平台运动性能的变化。首先建立Spar平台的三维水动力模型，通过在平台柱体导缆孔处指定预张力、倾角和刚度来模拟系泊系统的影响；然后采用三维势流理论进行浮体水动力计算，获得Spar平

2、台运动响应的传递函数等水动力参数；最后根据实际海况资料，在平台生存工况下，进行Spar平台在完好系泊和单根系泊缆破断失效状态下运动响应的短期预报，并在时域内进行耦合分析。研究平台运动响应和系泊缆张力变化情况。研究结果对Spar平台系泊系统设计和平台设计前期运动性能研究有参考意义。关键词：深水；Spar平台；运动性能；系泊模式；短期预报；时域分析中图法分类号：TU312文献标志码：A文章编号：1672—5174(2010)09—147一07随着工业的发展，当今世界大部分地区的浅海油气资源已日趋减少，海洋油气开发由近海向深海发展已成必然趋势。在深海和超深

3、海油气开发中，深海浮式平台发挥着越来越重要的作用。单柱式平台(Spar)是深海采油较常用的浮式平台，其特点是吃水深，重心很低，波浪对其影响较小，相对而言在恶劣的海况下具有良好的稳定性；同时Spar造价低、便于安装、可重复使用，其柱体内部可储油，而大吃水柱体对立管有良好的保护作用；平台的运动响应对水深变化不敏感，更适宜于在深水海域应用。Spar平台靠系泊系统固定在工作海域进行作业，慢变的波浪、风、流载荷使系泊浮式平台产生较大的低频慢漂运动，波频运动使系泊系统产生显著的动力响应，而不同的系泊模式对平台的运动性能有较大的影响，因此在Spar平台设计前期，有

4、必要对不同形式的系泊模式展开研究。近年来，关于深水浮体水动力性能方面的研究较多，而考虑系泊模式对浮体运动性能影响的研究则相对较少。WANGYing[1]等在频域和时域内研究了1种新型Spar平台--GeometricSpar的水动力性能，考虑了浮体与立管及锚泊系统的耦合影响。童波[2]等探讨了半潜式平台悬链线式系泊系统下，系泊缆直径、长度和预张力角度以及系泊缆布置角度和系泊缆数目对于锚泊系统动力响应的影响。王世圣[3]等应用SES-AM软件研究了4种深水半潜式钻井平台的运动性能，应用频域分析法对深水半潜式钻井平台运动响应进行了短期预报。潘子辉[4]应

5、用MOSES软件对一座·基金项目：国家自然科学基金重点项目(50739004，50639030)资助收稿只期：2009—11—26；修订日期?2010-02-15作者简介：孙金伟(1985一)，男，硕士生，E-mail：sunjinwei@ouc．edu．Cl'l工作海域为我国南海的深海半潜式钻井平台的运动响应进行了分析，并进行了试验验证。陈徐均[5]等对单一锚链的锚泊系统，基于线性化假设推导了不同布链方式下交叉型和人字型锚链系统提供的首摇和横摇回复力矩的大小以及方向的不确定性。T．M．SmithL6J通过计算发现随着位移的增大，锚泊线夹角为22．5

6、～67．5(。)的锚泊系统布置方式的系统回复力显示出方向上的平稳性。关于深水浮式平台水动力性能的研究，通常采用数值模拟和模型试验相结合的方法。但是，模型试验对水池的水深有较高要求，国内能够开展模型实验的单位和机构并不多，模型试验在条件上存在着一定的限制；国内外某些文献有平台模型试验或现场实测的数据，但通常缺乏平台具体的尺寸参数，在数模的建立上存在难度，因此要做到数值模拟和模型试验相结合还存在一定困难。本文主要采用数值模拟的方法来开展研究。DNV船级社的SESAM软件是海洋工程界较成熟的商业软件，其HYDROD和DEEPC模块分别针对频域内水动力特性计

7、算和时域内耦合分析，被证明可信度较高，本文主要采用此软件作为数值分析的工具。本文在频域和时域内研究了对等分布式系泊和分组式系泊2种系泊模式对Spar平台运动性能的影响，并分析了单根系泊缆破断失效情况下平台运动性能的变化情况。频域内以三维势流理论为基础计算Spar平台的水动力特性，建立Anchor单元模拟系泊缆的预中国海洋大学学报张力、倾角及回复刚度等，计算了浮体的运动特性，并进行了运动响应的短期预报；时域分析考虑了锚泊系统与浮体的耦合作用，结合频域水动力参数，建立Spar平台和锚泊系统的耦合模型，进行了非线性时域模拟分析[7]，获取了浮体运动特性和系

8、泊缆张力结果，综合比较频域和时域分析结果，得出了有意结论。1计算相关理论1．1三维势流理论海洋工程结构中，对