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《中国石油大学(华东)》 2016年
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海洋油气勘探中海底电缆运动仿真研究

潘宁宁  
【摘要】:海洋资源精细勘探发展对地震勘探技术提出更高的要求,海底电缆勘探因其噪声干扰小、解释精度高、作业灵活等特点在深浅海地震勘探中凸显优势;海底电缆系统的研究已成为当代海洋开发的重要课题之一。海底电缆沉放在预设位置的准确与否,直接影响勘探信息收集的质量;准确预报电缆姿态、掌握电缆动力学特征是控制海底电缆运动的关键。本文以海底电缆勘探系统作为研究对象,在现有研究基础上,利用数值仿真方法研究稳态、动态运动条件下的电缆运动特征,旨在准确地预报系统的响应和运动规律,为海底电缆系统的设计与应用提供理论依据。本文的主要工作和研究结果可以归纳为以下几个方面:1、总结了海底电缆系统的研究方法、影响因素的研究现状,对其存在的问题进行了分析;2、采用微元法构建海底电缆三维稳态运动模型,并充分考虑了海流的影响,联合边界初始值,采用四阶龙格库塔法进行积分求解;3、从扩展性角度考虑采用集中质量法建立海底电缆三维动态运动数学模型,采用龙格库塔法积分求解;模型中顾及了不均匀海流、船速变化、附加等距离间隔节点等情况的影响;建立了节点—电缆耦合模型;基于集中质量法建模实现了海底电缆的放缆模拟,并给出了具体的模拟过程;4、利用数值仿真方法研究了运动状态初始值、海洋环境、电缆自身特征等因素对电缆稳态运动的影响,具体包括初始张力设置、初始角度设置、电缆湿重、阻力系数、海流速度、放缆速度等。仿真结果表明:初始张力和初始角度对欧拉角的影响很小,对电缆稳态姿态和电缆张力的影响较大;法向阻力系数和初始角度的变化对电缆张力的影响很小,可以忽略不计;上述因素除了阻力系数之外,均对电缆稳态运动姿态有影响;5、通过对海底电缆放缆过程动态模拟,分析了海底电缆在各种动态响应下的运动特征:船速增大,电缆张力会随之增大,底部松弛度会随之减小;放缆速度增大,电缆中的张力值随之会减小,底部松弛度随之会增大,沉底点的横向、纵向偏移量随之会减小;随深度变化的海流对越靠近海底的电缆运动影响越小;节点间隔的长度变化对电缆运动影响很小;不论节点类型如何,加节点电缆的张力、下沉速度均大于无节点的单一电缆的张力、下沉速度。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P756.1;P618.13

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