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多浮体耦合系统运动特性分析与模型试验研究
| 论文题名： | 多浮体耦合系统运动特性分析与模型试验研究 |
| 关键词： | 辅助钻井多浮体系统;运动性能;水动力干扰性能;水平截断 |
| 摘要： | 随着海洋油气资源的勘探开发逐渐向深远海进军，深水浮式平台及其多样化的组合作业方式也越来越多地被应用到工程实际中，辅助钻井多浮体系统作为多浮体作业形式之一，满足了复杂多样的工程需要，开发了高效经济的作业模式，具有较为广阔的应用前景。在多浮体近距离作业时，考虑浮体之间复杂的水动力干扰以及浮体发生碰撞事故等问题是十分关键的，单浮体与其在多体耦合状态下的运动性能可能由于水动力相互作用或者系泊系统的耦合作用而极为不同，故仅用单浮体的运动规律对其在多浮体系统中的运动性能进行简单预报不足以保证准确性和安全性。因此，对多浮体耦合系统开展水动力干扰性能分析和考虑系泊系统作用的耦合运动特性分析，来研究耦合多浮体的运动性能具有非常重要的实际意义。 本文以西非海域环境为背景，对具有较为稳定的运动性能的某Spar平台和某半潜式支持平台组成的多浮体系统的运动特性展开分析。研究了水动力干扰对浮体运动特性的影响，通过基于三维势流理论的频域计算，获得了两平台在单浮体和耦合状态时的水动力参数、一阶波浪力以及平均漂移力等，通过对比计算结果，可知两平台的平均漂移力对水动力相互作用更为敏感，受影响的程度较其他参数更加明显。 同时，本文探索了多浮体系泊系统的水平截断方法，通过调整系泊缆的长度、刚度和单位质量等参数，开展等效水平截断设计，对水平截断后的单根系泊缆以及浮体总体静态回复特性进行计算和时域动态特性展开模拟，并与全尺度状态下的计算结果进行对比。结果发现，截断后系泊缆和浮体的水平回复力特性与全尺度时的对比吻合较好，然而由于半张紧式系泊缆顶部张角的变化，导致了系泊缆的垂向回复力有一定程度的增大，对支持平台的吃水产生了一定的影响。 最后，本文开展了辅助钻井多浮体系统模型试验，分别对Spar平台和支持平台的单浮体状态、无连接缆耦合状态和全耦合状态进行试验，获得了两平台在不同状态时的运动特性以及系泊缆的张力特性。随后，将模型试验的结果与数值模拟的结果进行对比，验证数值计算的可靠性，在此基础上，可发现水动力相互作用对两平台的纵荡运动的影响较为明显，且非线性连接缆使得两平台的纵荡运动幅度更小、更加稳定;同时，通过试验得到的系泊缆张力结果与数值模拟的对比结果来看，本文中的水平截断方案具有一定的可行性。 |
| 作者： | 隋海波 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 康庄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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