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基于多体非线性耦合理论的下垂式安装方法数值模拟

张万里  
【摘要】:我国深水油气田开发起步较晚,缺乏对各种深水油气田工程的设计、建造和安装技术的研究和技术积累,因此,开发深水水下生产系统、研究其安装方法不仅能填补国内空白,而且是海洋石油技术发展的必要。 本文针对上述问题,总结国外常用的深水水下生产设施安装方法的优缺点,根据荔湾工程生产设施下水的实际情况,选取下垂式安装方法进行研究,并以多体非线性耦合理论为基础,在Moses中进行详细的下放安装数值模拟分析。考虑下垂式安装方法的作业特点,将作业过程分为两个阶段:入水阶段和下放阶段。在Moses中模拟运输船吊索连接货物,然后不断加长吊索的长度使货物下放,在时域下分析入水阶段模拟结果,并以下放速度、环境载荷方向为参数进行敏感性分析。在Moses中模拟下放过程,在时域下分析下放阶段模拟结果,并以环境载荷方向、波高、风速、流速为参数对水深200m下放阶段进行敏感性分析。针对下垂式安装作业,提出了一种计算平均水平相对漂移量的方法,用于选取最佳的系泊布置方案、评估某海域的下垂式安装作业情况,为实际工程提供参考依据。在Moses中限制工程船的纵荡、横荡和艏摇,简单模拟DP定位系统,分析水深1000m2000m的下垂式安装作业,并以水深、分层流为参数对深水下放阶段进行敏感性分析。 本文在研究过程中,科学合理的建立了工程船水动力计算模型、安装吊索和水下设施Morison模型,选择计算参数,并进行模拟计算。此过程中,突破性的解决了深水水下生产设施安装过程中所涉及的一些技术难题和瓶颈,发展并形成了船体、索和水下生产设施三者间的非线性耦合时域分析技术。对于深水安装,非线性耦合分析考虑系泊、吊索水动力与系统之间的相互影响,大大提高的计算精度,为深水安装分析提供了理论和技术支撑,具有很强的理论和工程实用价值。


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