学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型深海钻井装置水动力特性研究

作 者: 李鹏
导 师: 杨建民
学 校: 上海交通大学
专 业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 深水 水中井口 钝体绕流 诱导水动力 模型试验
分类号: TE92
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 141次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


石油作为目前世界能源供给的主要来源,已成为推动国家经济发展的重要战略资源。近年来,随着人类开发海洋油气规模的不断扩大,浅海油气资源的开发已日渐饱和,世界各国已纷纷将目光投向深水海域。而我国南海石油资源丰富,已成为我国海洋石油开发的希望。水中井口技术是国际海洋工程界最新发展的深海钻井技术,该新型深海钻井装置(Artificial Buoyant Seabed,简称ABS)的有关技术和设计尚处于不断探索和改良阶段。这既是我国赶上海洋科技发达国家的机遇,也是科研实力与技术的巨大挑战。本文第一部分主要介绍了水动力性能研究的基本理论和方法。首先介绍了钝体绕流的流场特性和流固耦合问题,包括流固耦合时的“锁定”现象和不同的旋涡脱落模式。接下来介绍了平台在波浪上的运动理论和湍流理论,包括线性波理论、频域分析方法和湍流模型等。最后介绍了动网格方法及UDF,用于运动物体数值模拟的网格更新和自定义功能。本文第二部分分别对ABS和钻井平台诱导运动下ABS系统的水动力性能进行研究。对ABS进行分析时,分别进行了2维和3维模型固定绕流与流致运动的数值模拟,对不同流速,不同来流方向下ABS受力情况及旋涡脱落模式进行了对比,并对流致运动情况下ABS所受升力进行谱分析。对ABS系统进行分析时,首先应用Sesam软件计算了不同频率规则波作用下锚泊钻井平台的运动,然后考虑该运动对ABS系统的诱导运动,对ABS系统进行水动力分析和关键节点强度分析。本文第三部分主要介绍了钻井平台与ABS系统联合物理模型的试验研究。从模型水动力试验的发展历程说起,介绍了模型试验的作用和国内外海洋工程水池概况。简要介绍了模型缩尺比的选取、深海平台模型试验中的混合模型试验技术、海洋环境条件的模拟以及测量仪器与采集系统等,并根据海洋环境条件设计试验工况。最后,对试验结果进行分析,包括钻井平台在波浪上的运动传递函数和ABS系统的受力情况,并与数值模拟结果进行对比,完善数值预报方法。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题的研究目的及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 海洋石油勘探开发  12-13
    1.2.2 立管系统水动力性能  13-17
  1.3 本文的研究内容和方法  17-18
第二章 数值分析方法及理论  18-44
  2.1 钝体绕流  18-22
    2.1.1 流场特性  18-19
    2.1.2 流固耦合问题  19-22
  2.2 钻井平台在波浪上的运动  22-35
    2.2.1 线性波理论  22-25
    2.2.2 船舶在波浪上的运动理论  25-35
  2.3 湍流理论  35-42
    2.3.1 湍流的描述  35-37
    2.3.2 数值模拟方法  37-38
    2.3.3 k-ε两方程模型  38-40
    2.3.4 大涡模拟  40-42
  2.4 动网格方法及UDF  42-44
第三章 ABS绕流流场特性研究  44-69
  3.1 ABS系统基本特征  44-46
  3.2 CFD建模  46-48
    3.2.1 二维(two dimensional)模型  46-48
    3.2.2 三维(three dimensional)模型  48
  3.3 固定绕流计算  48-54
    3.3.1 CFD基准计算  49
    3.3.2 工况计算  49-54
  3.4 流致运动计算  54-67
  3.5 本章小结  67-69
第四章 钻井平台诱导运动下ABS系统水动力特性研究  69-86
  4.1 平台在波浪作用下的六自由度运动  69-71
    4.1.1 钻井平台及规则波参数  69-70
    4.1.2 幅值响应算子及运动响应  70-71
  4.2 诱导运动下ABS系统水动力计算  71-85
    4.2.1 均匀流  72-81
    4.2.2 剪切流  81-85
  4.3 本章小结  85-86
第五章 钻井平台与ABS系统联合物理模型试验研究  86-104
  5.1 模型水动力试验发展历程  86-88
  5.2 试验装置  88-95
    5.2.1 相似理论简介  88-89
    5.2.2 钻井平台及系泊系统模型与ABS系统模型  89-94
    5.2.3 测量仪器及采集系统  94-95
  5.3 试验工况  95-97
    5.3.1 海洋环境条件  95-96
    5.3.2 工况设计  96-97
  5.4 试验结果分析  97-102
    5.4.1 钻井平台在波浪上运动的幅值响应算子  98
    5.4.2 ABS系统水动力分析  98-102
  5.5 本章小结  102-104
第六章 总结与展望  104-107
  6.1 本文研究工作总结  104-105
  6.2 展望  105-107
参考文献  107-110
附录  110-113
致谢  113-114
攻读学位期间发表学术论文情况  114-116

相似论文

  1. 深水管道回接位姿检测系统研究,TE973.3
  2. 深水海底管道S型铺管法安装分析,TE973
  3. 深水半潜式钻井平台总体与压载系统初步研究,TE951
  4. 深水管道位姿测量装置结构设计及样机研制,TE973
  5. 深水软管滚筒驱动装置结构及液压系统的研究,TE973
  6. 实际海浪环境下大尺度模型试验技术研究,U661.7
  7. 常规岛主厂房通风模式优化与数值模拟的研究,TU834
  8. 1500米水深张力腿平台运动和系泊特性数值与试验研究,U661.7
  9. 砂土地基上箱形基础基底反力试验研究,TU471.16
  10. 电动舵机系统的设计与试验研究,TJ765.3
  11. 储油罐平台动力模型试验研究,TE972
  12. 混凝土重力坝的动力损伤分析,TV642.3
  13. 阶梯消能与辅助消能工联合应用的试验研究,TV653
  14. 现代建筑栓焊钢结构焊接应力和变形研究,TU391
  15. 沉管管段系泊状态下缆绳受力试验研究,U451
  16. 高速铁路正交异性整体钢桥面试验研究,U443.31
  17. 钢—混凝土塔座预应力结合段受力性能研究,U441
  18. 特长公路隧道非对称风量U式互补纵向通风模式研究,U453.5
  19. 深水桥梁桩基础钢吊箱围堰施工技术研究,U445.556
  20. 高墩大跨桥梁车桥耦合振动模型试验研究,U441.3
  21. 铁路路堤震陷振动台模型试验研究,U213.11

中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 钻井机械设备
© 2012 www.xueweilunwen.com