半潜式平台运动及系泊系统特性研究

针对深海半潜式平台及其系泊系统的水动力特性,运用时域耦合的分析方法,对一座水深为1 000 m的半潜式平台,及其悬链线式系泊系统的水动力性能进行探索,获得频域和时域响应结果。同时阐述了平台系泊系统的设计流程,并通过系泊系统参数的变化,研究其特性寻找影响系泊系统作用的一般规律,为平台及其系泊系统设计提供参考。     

考虑平台转动的等效水深截断系泊系统优化设计

等效水深截断是混合模型试验中非常重要的一步,合理的截断方案是模型试验成功的前提。现有的研究大多忽略对平台转动的考虑,该文在静态相似准则的基础上增加对平台转动的考虑,推导了系泊系统回复力和转矩的计算公式,建立了满足静态一致性的目标函数,进而采用粒子群算法进行等效水深截断优化设计。以某深水半潜式平台为例,首先在不考虑转动的情况下对其系泊系统进行等效截断,研究发现截断水深的变化对转矩的优化结果影响较大,从而证明了平台转动是应该考虑的。其次在考虑转动的情况下对系泊系统进行等效截断,通过水动力软件验证所优化的结果,证明该方法的可行性,为后续的等效水深截断优化设计的研究提供参考。     

深水半潜式平台系泊系统动力特性研究

探讨张紧式系泊系统的基本特征,比较张紧式和悬链线式系泊半潜平台运动和动力响应特性,分析拖曳力系数变化对张紧式和悬链线式系泊动力效应的影响,以及张紧式和悬链线式系泊缆节点运动特点,从而为改善半潜平台系泊系统动力效应提供参考.     

海洋平台抛锚方式模糊优化设计方法

海上钻井平台由于工作地点经常发生变化,工作环境条件随之改变,锚泊抛锚方式就要相应更改。本文针对深海半潜平台及其悬链线式系泊定位系统,运用平台与锚链耦合运动时域分析方法,对其水动力性能进行探索,并提出一种运用模糊算法计算平台抛锚方式优化设计方法,此方法可使钻井平台在风暴自存工况和钻井工作工况下更快更好地找到最佳抛锚方式。以一典型的半潜式钻井平台为例进行数值模拟,结果表明本文提出的方法是可行的,能够很方便地找到比较好的抛锚方式来满足相关要求。这种锚泊优化设计方法可为平台及其系泊系统设计提供参考。     

半潜平台浮子式系泊系统参数优化研究

通过在系泊缆中设置浮子可以改善系泊系统性能,降低平台运动响应。建立浮子式系泊系统的数值计算模型,验证浮子式系泊系统数值计算方法,详细分析浮子设计参数(设置位置和净浮力大小)变化对系泊缆张力特性与平台运动的影响规律,并根据得到的规律选择了优化的浮子系泊系统方案。最后对优化方案进行评估,表明优化方案可以显著降低系泊中的平台水平运动,尤其是低频运动,同时系泊缆张力变化不大,仍满足安全要求。研究结果可为今后浮子式系泊系统设计提供参考。     

一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析

参考英国的Kincardine风机采用的新式的Semi-Spar概念,结合spar式基础和半潜式基础的特点,提出了一种新式海上浮式风机平台模型,并基于三维势流理论,利用AQWA软件进行水动力计算,验证新式平台可靠性。分析了在风、浪、流荷载联合作用下,锚链竖向夹角、系缆数量对风机浮式平台运动性能和系泊张力的影响,对系泊系统进行优化,并验证极端工况下的可靠性。结果证明风机平台水平运动和纵摇运动幅值较小,但垂荡幅值略大,而通过减小锚链竖向夹角可以控制平台运动响应幅值,增加系缆数量可以同时减小系泊张力大小。计算结果证明了新型Semi-Spar式海上风机平台可行性,为浮式风机平台及系泊系统的设计提供参考。     

系泊定位状态下半潜式浮体波浪爬升性能试验研究

随着深海油气田的快速发展,新兴的浮式生产系统,尤其是半潜式平台,由于具有性能优良、运动响应小、工作水深适用范围广、抗风浪荷载能力强等优点,在工程实际中得到快速的发展。在半潜式平台设计过程中,气隙和斜浪作用下的波浪爬升问题对其安全性能的影响至关重要。通过采用系泊定位状态下的四立柱半潜式平台进行波浪爬升实验,对平台不同位置进行全方位的监测,而后对测量数据进行分析,得出关于海浪对半潜式平台气隙响应的影响和相关规律,为半潜式平台的设计提供参考。     

U型半潜式起重铺管平台水动力分析

采用理论分析和模型试验相结合的方法,对一U型半潜式起重铺管平台进行了运动性能与气隙分析,为该平台的主尺度确定和作业能力评估提供了参考依据。同时,对半潜式起重铺管平台水动力分析的方法和流程进行了归纳与总结。     

半潜式支持平台系泊系统的设计方法及应用

系泊系统是半潜式支持平台抵抗恶劣海洋环境作用、限制平台偏移、实现海上定位的重要设备，辐射状多点系泊是常用的布置方式。针对该平台系泊系统开展了设计方法和分析流程研究，阐述了系泊系统配置设计，包括系泊缆的数量、抛出长度、单根系泊缆的刚度、直径、破断负荷、定位锚的型式、最大抓力等；系泊系统的布置设计，包括系泊缆之间的水平夹角、系泊绞车、导缆器、定位锚的位置等；同时归纳风载荷、流载荷以及波浪慢漂载荷的常用估算方法；总结适用于该类平台系泊系统设计的规范要求。将上述方法和流程应用于某型半潜式支持平台系泊系统的开发和设计，采用系泊定位分析程序MIMOSA对该系统的定位能力进行分析，研究了系泊缆形状、夹角等参数随张力的变化特征，同时系泊缆按照船级社的规范要求进行衡准，反复调整和优化系泊系统的配置和布置方式，直至系泊系统满足要求，最终设计出较合适的系泊系统。相关方法、流程和结论为实际工程项目提供重要的设计思路。     

深水锚泊定位半潜式钻井平台性能数值与试验研究

近年来,深水半潜平台已成为海洋工程领域研究的热点。分别通过模型试验和数值模拟的方法,对不同水深和浪向条件下作业的深水半潜平台的运动以及系泊系统的受力进行全面分析。在此基础上,进一步研究平台在深水作业时的运动和动力特性,以及水深和环境海况的变化对平台运动和系泊系统受力的影响规律。同时,对比完整系泊系统的情况,对一根系泊缆破断的极端状态下平台的特性开展研究,获得运动和系泊系统受力的变化规律。对比发现试验和数值的结果能较好地相互吻合,且均能满足相应的安全度要求,保证平台实际作业时的可靠性,为深水半潜平台设计中的安全极限计算提供一定的依据。     

半潜式钻井平台复合锚泊系统组分配比优化设计

从提高锚泊系统收放时效性入手,提出了一种半潜式钻井平台复合式锚泊系统组分配比优化设计方法,旨在尽可能降低复合式锚泊系统的钢链配比长度,提高收放效率。结合锚泊系统设计参数,制定优化设计准则,建立优化分析流程,采用ANSYS-AQWA建立锚泊定位半潜式平台水动力分析模型,获得平台运动参数和锚链动力参数,对平台漂移量、锚链最小安全系数、走锚临界张力、锚链最小卧底长度和起锚力进行无量纲指标分析,并综合考虑张力倾角与预张力对优化结果的影响,获得复合式锚泊系统钢链与钢缆的最优配比关系,确定最优钢链长度为395 m,较原钢链长度缩短225 m,钢链收放时间降低36%,进一步提高锚泊系统收放时效性,并降低平台可变荷载。     

基于准静定方法的多成分锚泊线优化

移动式海洋平台锚泊系统通常用锚索或锚链等多种成分合成的锚泊线,因而涉及参数较多给设计分析带来不便。针对这一问题,基于准静定方法推导限定水深下多成分锚泊线悬链线方程,并考虑锚泊线组成成分的参数对锚泊系统回复力的影响,建立目标函数最小化的多成分锚泊线优化设计模型。采用遗传算法对南海2号锚泊系统的改造进行分析求解,得到有益的结论。     

Sensitivity Analysis of Air Gap Motion with Respect to Wind Load and Mooring System for Semi-Submersible Platform Design

A design of semi-submersible platform is mainly based on the extreme response analysis due to the forces experienced by the components during lifetime. The external loads can induce the extreme air gap response and potential deck impact to the semi-submersible platform. It is important to predict air gap response of platforms accurately in order to check the strength of local structures which withstand the wave slamming due to negative air gap. The wind load cannot be simulated easily by model test in towing tank whereas it can be simulated accurately in wind tunnel test. Furthermore, full scale simulation of the mooring system in model test is still a tuff work especially the stiffness of the mooring system. Owing to the above mentioned problem, the model test results are not accurate enough for air gap evaluation. The aim of this paper is to present sensitivity analysis results of air gap motion with respect to the mooring system and wind load for the design of semi-submersible platform. Though the model test results are not suitable for the direct evaluation of air gap, they can be used as a good basis for tuning the radiation damping and viscous drag in numerical simulation. In the presented design example, a numerical model is tuned and validated by ANSYS AQWA based on the model test results with a simple 4 line symmetrical horizontal soft mooring system. According to the tuned numerical model, sensitivity analysis studies of air gap motion with respect to the mooring system and wind load are performed in time domain. Three mooring systems and five simulation cases about the presented platform are simulated based on the results of wind tunnel tests and sea-keeping tests. The sensitivity analysis results are valuable for the floating platform design.     

Effect of Failure Mode of Taut Mooring System on the Dynamic Response of A Semi-Submersible Platform

Mooring system failure can lead to largely different dynamic response of floating structures when compared to the response under the condition of intact mooring system. For a semi-submersible platform with taut mooring system under extreme environmental conditions, the typical mooring system failure includes anchor line breaking failure due to the broken anchor line, and the anchor dragging failure caused by the anchor failure in the seabed soil due to the shortage of the anchor bearing capacity. However, study on the mooring failure caused by anchor failure is rare. The current work investigates the effect of three failure modes of taut mooring system on dynamic response of a semi-submersible platform, including one line breaking failure, two lines breaking failure, and one line breaking with one line attached anchor dragging failure. The nonlinear polynomial mooring line model in AQWA was used with integrating the load and displacement curve from the anchor pulling study to characterize the anchor dragging behavior for mooring system failure caused by the anchor failure. The offsets of the platform and the tension of mooring lines were analyzed for mooring system failure with 100-year return period. It is found that the mooring failure of one line breaking with one line attached anchor dragging is a case between the other two mooring failures. The traditional mooring analysis considering only the damaged condition with one line breaking is not safe enough. And the simple way of mooring analysis of two lines breaking is too conservative for the costly offshore engineering.

     

内孤立波中半潜平台动力响应特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式,研究了两层流体中内孤立波与带分段式悬链系泊约束半潜平台的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析了在该内孤立波作用下SEDCO-700型半潜平台的内孤立波载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对半潜平台产生突发性冲击载荷作用,使其产生大幅度水平漂移运动,并导致其系泊张力显著增大,因此在半潜平台等深海平台的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。     

浸没式可移动外输终端系泊系统优化研究

我国的边际油田大多年产量小且开发年限短，周围没有可依托设施的油田。针对此情况，可采用“蜜蜂式”开发模式。针对浸没式可移动外输终端这一新型概念设计，选取关键工况开展了时域耦合分析，研究了系泊系统参数对可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力的影响。以可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力最小为优化目标，以系泊缆结构安全为约束条件，构建了系泊系统多目标优化模型。分别建立了基于NSGA-Ⅱ和多目标粒子群算法的系泊系统优化框架，并应用这两种算法对系泊系统进行了优化设计。结果表明，NSGA-Ⅱ和多目标粒子群算法均可以解决系泊系统多目标优化问题，粒子群算法优化速度快，但通过NSGA-Ⅱ得到的Pareto前沿优化性能更好，因此更适合开展浸没式可移动外输终端的系泊系统优化。     

Study on a new mooring system integrating catenary with taut mooring

Analyzed are the merits and demerits of catenary mooring system and taut mooring system, which are commonly used nowadays. As falling somewhere between these two systems, a new mooring system integrating catenary with taut mooring is proposed. In order to expound and prove the advantages of this new system, the motion performance of a semi-submersible platform is simulated by employing full time domain coupled analysis method. A comparison of the result of new mooring system with that of taut mooring system shows that the movement of the platform using the new type mooring system is smaller than that using the taut mooring system, which ensures a better working condition. Furthermore, the new mooring system is also compatible with the characteristics of catenary mooring system, which eliminates the requirement of anti-uplift capacity of the anchors.