详情

原文传递半潜式钻井平台的综合水动力性能分析与优化设计

论文题名：	半潜式钻井平台的综合水动力性能分析与优化设计
关键词：	附加质量;半潜式钻井平台;垂荡板;运动响应;水动力性能;优化设计
摘要：	二十一世纪的今天，石油对一个国家的经济命脉起着支撑作用。近半个世纪以来随着陆地上油气资源被大量开采，陆上油气资源大量减少已经不能满足国民经济发展的需要，于是人们把目光投向了海洋。截止到2009年，世界石油总产量的33%来自海洋，预计到2020年前后比例将提高到35%。海洋平台是海洋油气田开发的主要装备之一，对海洋平台在海洋环境中的运功响应特性研究，及设计出性能更加优异的半潜式钻井平台，对我国海洋石油机械、深海石油设备的发展乃至国民经济发展有着重要意义。　　通过控制变量法对平台进行频域、时域对比分析；采用数学建模结合数值模拟的方法研究平台在特定环境载荷作用下的的运动响应；总结已有的水动力知识理论、方法结合优化设计最优思想，分类研究垂荡板对平台的作用；结合动量守恒定律提出了海水增重法，将垂荡板结构加以改进设计出了垂荡柱及满载浮箱的新构型半潜式钻井平台；通过理论对比分析与数值模拟结果进行综合论证，得出新型平台的性能特性。　　数值分析结果显示，随着浪向角从0?增加到?90，平台纵荡响应的最值及均值呈现逐渐减小的趋势；当浪向角分别为0?、?30、?60度时，型一平台较型二平台的纵荡均值分别减小为0.0151m、0.0343m、0.0272m，对应的减小比为4.857%、12.98%、16.28%；当浪向角分别为0?、?30、?60、?90时，型一平台较型二平台的横荡均值分别减小为0.2527m、0.1872m、0.1660m、0.1204m，对应的减小比值较大；当浪向角分别为0?、?30、?60、?90时，垂荡数值变化较小；当浪向角为0?时型一平台的垂荡响应均值为0.3263m，较型二平台减小了0.1066m，约减小了24.62%；在浪向角为?30、?60、?90时呈现了相同的减小趋势，减小比分别为28.03%、27.49%、25.26%；当?90浪向角时，平台的纵摇响应最小；在0?到?90范围内平台的纵摇响应较大。在不同浪向角波浪作用下，当波浪频率靠近平台的横摇固有频率时平台的横摇响应达到最大值；在36个附加质量分量中有21附加质量分量是独立的。对优化设计的平台进行数值分析显示，在不同浪向角的海浪作用下，型3、4、5、6平台垂荡响应减小比均值分别为24.70%、29.65%、36.36%、60.93%。　　得出，浪向角对纵荡、横荡响应影响较大，纵荡响应数值随着浪向角的增大呈现逐渐减小的趋势；平台的垂荡、横荡、纵荡响应在不同频率下大小不同；平台的垂荡响应受波浪的方向影响小，但波浪的频率对其作用明显；平台的水线面积增加，增大了平台受到的激励力，进而平台的垂荡、纵荡、横荡响应增加；采用尽可能少的立柱数有助于提升平台整体的安全性；平台适当附加质量的增大有助于提高平台的整体性能，但是附加质量不能过大；36个附加质量分量中有21附加质量分量是独立的；采用4立柱是最优的设计方案；新的设计理论方法、新的平台结构是可行的、合理地，在第七代半潜式钻井平台的构型设计中具有重要的参考价值和设计指导意义。
作者：	喻志勇
专业：	机械制造及其自动化
导师：	陈博
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文