TAD多浮体水动力耦合分析

【摘要】：海上石油与天然气开发具有储量丰富、海洋装备进步、商业开采利润高、开发前景大等优势,在全球能源开采领域受到广泛关注。当前,海洋平台正朝着多功能、大型化的趋势发展,而大型平台作业存在的体积过大、生产复杂、造价高以及维护困难等问题愈发突出。面对多种生产与生活功能的需要,TAD多浮体系统(Tender-assisted Drilling,TAD)应运而生,不可避免的是,该系统的水动力干扰、水体共振、非线性全耦合响应等水动力学问题亦成为海洋工程界研究的主要问题之一。通过水动力耦合特性分析,确定较优的系泊方案,减小多浮体碰撞风险以及确保高效可靠的钻井作业,则变成我国尚处于起步阶段的多浮体研究所追求的目标。本文基于三维势流理论,以由圆柱与方驳组成的多浮体为简例,在文献已有的数值以及实验结果基础上初步确定了多浮体水动力干扰的存在,并验证了多浮体水动力耦合特性。后在此基础上以半潜辅助平台与张力腿平台组成的TAD多浮体系统为对象,在频域范围内对该多浮体模型进行了水动力耦合计算,并将一阶水动力结果(一阶运动RAO、附加质量、辐射阻尼等)与相关文献作对比,确定了数值模型建立的准确性,得到了多浮体水动力耦合规律。完成频域计算后,本文进而基于SESAM软件又对交叉型连接缆布置的TAD多浮体系统进行了系泊动力响应时域分析,并与待机工况下的对应平台运动响应进行比较。研究发现,单个浮体的运动响应会受到另一浮体的运动遮蔽效应影响,该现象主要体现在耦合附加质量上。最后,本文通过对比交叉型与平行型连接缆布置的TAD多浮体运动响应情况,证明了交叉型连接缆布置更有利于TAD多浮体系统的稳定,从而确定了较优的多浮体连接缆布置形式。