张力腿平台研究领域和发展趋势

本文比较全面地阐述了世界上第一个张力腿平台（ＴｅｎｓｉｏｎＬｅｇＰｌａｔｆｏｒｍ,简称ＴＬＰ）——ＨｕｔｏｎＴＬＰ的研究情况,并对ＴＬＰ的关键问题——运动响应和系索（张力腿）问题的研究情况进行了较为详细的介绍。最后,指出了目前ＴＬＰ的研究热点以及今后的发展方向。文中收集了有关文献７３篇,对开展ＴＬＰ的研究有一定参考价值。     

张力腿平台水动力参数计算

张力腿平台作为一种深水平台 ,其半顺应半固定的运动特征 ,成为在复杂的深海海洋环境中进行海洋石油勘探、开采一种重要结构型式。在张力腿平台波浪载荷的计算中根据产生波动流场的因素不同将波浪载荷分为绕射效应和辐射效应。本文对辐射效应深入研究并以附加质量、附加阻尼等水动力参数的形式计算了辐射效应对张力腿平台的载荷影响。在计算水动力参数时将平台简化为浮式直立柱群 ,采用势流理论 ,引进改进平面波法计入柱体间水动力相互作用得到辐射波速度势的半解析解 ,引入大间距假设、通过非平面波修正 ,精确地求解了柱群的辐射波的载荷作用     

张力腿平台总体响应分析方法研究

张力腿平台 ( TLP ) 作为典型的深水顺应式平台,其总体响应分析对于平台设计过程至关重要.分析技术关系到计算效率和相关耦合效应的处理,本文介绍了张力腿平台的基本结构及其运动特点,分析了平台总体响应分析的基本方法,包括频域分析和时域分析的方法,将不同的分析技术相结合,提供了不同的分析策略,为张力腿平台总体响应分析的深入研究提供了一定的基础.     

张力腿平台筋腱支撑浮筒结构设计研究

在张力腿平台筋腱与海底桩基连接后,需要筋腱支撑浮筒为筋腱提供足够的浮力,保证筋腱在平台运抵工作海域之前不会发生倾覆。针对南海油田自主研发的张力腿平台筋腱实际尺寸及设计要求,设计了适用于1 061 mm(40英寸)筋腱、500米水深的张力腿平台筋腱支撑浮筒,并对筋腱支撑浮筒主要受力进行了分析计算,根据所计算的载荷情况对关键部件进行了有限元仿真分析,验证了结构强度的可靠性,并得到了结构的应力集中点与最大变形点,为筋腱支撑浮筒的结构设计提供了参考。     

中等水深轻型张力腿井口平台运动研究

本文提出了一种中等水深轻型张力腿井口平台的型式。研究了该种型式平台的六个自由度的运动响应以及所受到的波浪力、二阶漂移力、系索回复力和系索张力等特性。分析了平台运动响应与水深以及系索预张力大小的关系。文中得出的结论可供张力腿初步设计时参考。     

中等水深轻张型张力腿平台型式研究

根据我国海上边际油田的分布特点，100m-300m左右中等水深范围是一个很有开发潜力的海域。运用常规技术已很难在这一海域取得更大的经济效益。而更经济有效地开发这些边际油田对我国来说具有重大意义。本文对适合我国中等水深海域国际油田开发的轻型张力腿平台型式进行了探索，提出了三种轻型张力腿平台，对其运动性能及系索张力进行了比较，以期找适合我国中深水海域边际油田开发的张力腿平台型式。     

张力腿平台涡激运动模型试验与数值分析

为揭示张力腿平台涡激运动响应规律,采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究了全水深系泊张力腿平台涡激运动响应。根据张力腿平台主尺度参数,按照几何相似制作了水池试验模型,在满足运动相似和动力相似的条件下开展了均匀流、剖面流模型试验,并将模型试验结果与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟与模型试验结果的一致性。分析结果表明在均匀流作用下张力腿平台涡激运动的锁定区间在5.5<U_r<8.5,来流角对涡激运动影响较大。剖面流作用下平台涡激运动规律与均匀流作用基本一致,但剖面流造流引起的能量分散,使平台在XY平面的运动轨迹变得不规律,系泊系统提供的回复力对涡激运动幅值有抑制作用,来流角和流速对张力腿或立管模态影响明显。论文得到结论对于张力腿平台的工程设计有一定借鉴意义。     

张力腿平台绕流数值模拟分析

在一定来流条件下,张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的立柱后缘出现周期性的交替旋涡脱落,致使立柱受到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力作用,导致TLP产生大幅度往复运动,显著增加平台结构和系泊系统的负载。目前,关于单柱、多柱结构绕流问题的研究较多,但对于TLP绕流特性的研究较少,机理尚存不明确的地方。为研究TLP的绕流力变化情况和流场特征,开展了数值模拟分析。利用计算流体动力学数值模拟软件,基于雷诺平均(RANS)法和分离涡模拟(DES)法对TLP绕流场进行仿真分析,揭示了TLP的绕流特性。结果表明,在3种来流角度和多个折合速度V_r下,TLP绕流的流体力系数存在明显差异,升力系数时域曲线呈现脉动性。TLP的上、下游立柱间存在明显的相互作用,影响了旋涡的形成与发展。TLP的旋涡脱落大多集中在平台固有频率附近,且在V_r=7,来流角度为0°时,升力系数频谱峰值最大,旋涡脱落集中。     

张力腿平台局部节点强度可靠度分析方法

局部节点可靠度分析对张力腿平台(TLP)整体安全性评估具有重要意义。提出了一个TLP平台局部节点可靠度的分析方法,首先对TLP平台整体进行分析,统计局部节点各种失效模式并得到典型失效模式及对应的典型荷载工况;然后应用改进的子模型技术对TLP平台局部节点进行极限承载能力分析,确定了局部节点在典型荷载工况下的极限承载力;对局部节点极限承载力及南海某区域的波浪荷载进行统计分析,得到其概率统计特性;在此基础上计算了TLP平台局部节点对应典型失效模式下的可靠度指标。通过算例分析表明,该TLP平台各节点可靠度指标值均大于3.1;立柱与浮箱连接节点在不同荷载工况下失效模式不同,而立柱与甲板连接节点易发生管交汇处剪切破坏。为TLP平台的安全性评估提供了一种有效的分析方法,具有一定的理论价值及实用价值。     

基于水平湿拖的TLP平台张力腿现场扶正数值模拟

TLP平台张力腿安装方法有竖直安装和水平安装。以一TLP平台张力腿为例,基于张力腿水平湿拖安装方法,采用OrcaFlex软件建立扶正分析模型,数值模拟了张力腿现场扶正过程,研究分析了张力腿在不同海洋环境和吊机缆绳释放速度等参数下的动力响应,并在此基础上进行了集束扶正分析,根据安装接受标准确定了合适的扶正作业天气窗口。模拟分析结果表明:在扶正过程中,浪向/流向、波高、流速对张力腿应力影响显著;吊机缆绳张力对浪向/流向、流速敏感;吊机缆绳释放速度对张力腿应力和吊机缆绳张力影响微弱。     

TLP干式钻完井技术特点分析

TLP使得干式井口在深水的应用成为可能,与常规的深水开发模式水下井口相比,TLP降低了钻完井作业的难度和费用,尤其在后期修井和调整并作业时,能够大大降低项目的投资,经济效益明显.TLP目前在墨西哥湾、北海及印度尼西亚深水油气田均有采用.目前针对TLP的钻完井设计和作业程序国内开展研究较少,制约了深水油气田开发前期方案设计工作的开展.因此,重点介绍了TLP对钻完井程序的影响;对于不同的平台钻机配置,总结了TLP的钻完井程序;提出了钻完井设计和作业过程中,TLP对回接套管、升沉补偿等问题的要求,分析了与常规深水湿式井口的温度剖面差异,为开展TLP钻完井技术研究和前期方案设计提供参考.     

考虑多种非线性因素的张力腿平台动力响应

建立了一种考虑多种非线性因素的张力腿平台(TLP)分析模型,其中包括六自由度有限位移,各自由度之间的耦合,瞬时湿表面,瞬时位置,自由表面效应及粘性力等因素引起的非线性。推导出TLP六自由度非线性运动方程。对某典型张力腿平台ISSC TLP进行了时域上的数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应。用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好。数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应明显改变,建议在设计TLP平台的时候,考虑非线性因素的影响。     

Coupling of linear waves and a hybrid porous TLP

An analytical solution has been developed in this paper to quantify the flow field and the surge motion of a porous tension leg platform with an impermeable top layer induced by linear waves. The porous layer of the TLP is considered to be anisotropic but homogeneous. The nonlinear form drag in the porous layer is replaced by a linear drag according to Lorentz’s hypothesis of equivalent work. The convergence of the series solution is verified. The dependence of the flow field, the surge motion of the platform, and its resonant frequency on wave and structure properties has been studied.     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。     

台风下TLP立管系统可靠性评估

针对在南海海域频发的台风自然灾害,考虑海况随机性、结构随机性以及作业参数的随机性,采用梯度投影确定取样点的响应面法,分别建立P2D、D2P和P2P(P指生产立管,D指钻井立管)三种作业模式下TLP串行立管系统的结构极限状态方程。并在建立立管可靠性分析模型的基础上,确定一种立管可靠度计算方法。算例结合南海某TLP平台给出了上述方法的具体应用。研究表明,10年一遇台风情况下,P2D、D2P和P2P三种工况中生产立管系统的失效概率均小于0.001%,钻井立管系统的可靠度分别为0.016%和0.113%。在大于200年一遇的强台风情况下,P2P工况时的上下游生产立管系统失效概率均大于0.32%和0.018%。因此建议10年一遇台风情况下,停止钻井立管作业;在大于200年一遇的强台风情况下,停止生产立管作业。研究结果可为南海TLP立管系统可靠度评估及安全作业技术支持。     

在平台振荡条件下TLP张力腿的涡激非线性响应

给出了预测张力腿涡激横向振动的时域分析,考虑了波浪、海流、张力腿平台的横漂与垂荡诸因素.张力腿平台的垂荡引起张力周期性变化,对张力腿的涡激横向振动起参数激励的作用,使其动力响应更为复杂.讨论了参数激励下涡激响应的共振条件;以尾流振子模型为基础,发展了分析张力腿在动张力作用下的涡激振动的工程方法,并分析了一座TLP实例,给出了在横漂周期内张力腿上质点的相对位移、弯矩、剪力幅值的时间历程.结果表明,平台垂荡使张力腿的涡激响应幅值升高、高频成分增加,因此它对张力腿的疲劳设计是重要的.     

Prediction of hydrodynamic loading on a mini TLP with free surface effects

This paper describes the extension of a fluid-flow simulations method to capture the free surface evolution around a full-scale Tension Leg Platform (TLP). The focus is on the prediction of the resulting hydrodynamic loading on the various elements of the TLP in turbulent flow conditions and, in particular, on quantifying the effects of the free surface distortion on this loading. The basic method uses finite-volume techniques to discretize the differential equations governing conservation of mass and momentum in three dimensions. The time-averaged forms of the equations are used, and the effects of turbulence are accounted for by using a two-equation, eddy-viscosity closure. The method is extended here via the incorporation of surface-tracking algorithm on a moving grid to predict the free-surface shape. The algorithm was checked against experimental measurements from two benchmark flows: the flow over a submerged semi-circular cylinder and the flow around a floating parabolic hull. Predictions of forces on a model TLP were then obtained both with and without allowing for the deformation of the free surface. The results suggest that the free surface effects on the hydrodynamic loads are small for the values of Froude number typically encountered in offshore engineering practice.     

Hill Instability Analysis of TLP Tether Subjected to Combined Platform Surge and Heave Motions

This paper presents the Hill instability analysis of Tension keg Platform （TLP） tether in deep sea. The 2-D nonlinear beanl model, which is undergoing coupled axial and transverse vibrations, is applied. The governing equations are reduced to nonlinear Hill equation by use of the Galerkin＇ s method and the modes superposition principle. The Hill instability charted up to large parameters is obtained. An important parameter M is defined and can be expressed as the functions of tether length, the platform surge and heave motion amplitudes. Some example studies are performed for various envirotnnental conditions. The results demonstrate that the nonlinear coupling between the axial and transverse vibrations has a significant effect on the response of structure. It needs to be considered for the accurate dynamic analysis of long TI2 tether subjected to the combined platfolna surge and heave motions.     

TLP平台NODE结构确定性疲劳与疲劳可靠性对比分析

TLP平台的疲劳计算在工程中常采用确定性疲劳计算方法,但是影响结构疲劳的大多数因素都是随机的,确定性的方法很难对这些因素做出客观的描述。因此,本文基于谱疲劳方法,分别采用确定性疲劳和疲劳可靠性对TLP平台NODE结构进行疲劳筛选计算,并对计算结果进行对比分析。结果显示NODE结构局部区域不满足疲劳强度要求,相比于疲劳可靠性,确定性疲劳方法更加保守。