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自升式钻井平台水动力特性研究

作　者: 李龙祥
导　师: 张宁川
学　校: 大连理工大学
专　业: 水利工程
关键词: 自升式钻井平台系泊运动响应气隙高度桩靴反力
分类号: TE21
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

石油、天然气既是重要的工业能源也是重要的战略物资,世界范围内的油气开发已经转向广袤的海洋。海洋平台是目前石油、天然气的主要开发工具,其中自升式钻井平台世界上采用最广泛的采油平台之一。针对我国自行设计的某自升式钻井平台,本文通过物理模型试验对自升式钻井平台的水动力特性进行了研究。具体试验内容包括：自升式钻井平台在系泊时的运动固有周期和RAO、系泊试验和风暴自存工况下的气隙高度和桩靴反力试验。综合物理试验结果,可以得到如下主要结论：(1)在本文的试验范围,纵荡、横荡运动分量对应的固有运动周期均大于60s,轻满载运动工况下垂荡的固有运动周期均在16s附近,纵摇、横摇、回转对应的固有运动周期均小于12s。(2)在本文的试验范围,纵荡运动分量出现的较大值的动力作用方向在0°～45°方向范围内,该范围内最大的纵荡运动量为4.8m。横荡运动分量出现的较大值的动力作用方向在67.5°～112.5°方向范围内,该范围内最大的横荡运动量为7.5～14.7m之间变化。环境动力方向对横摇、纵摇和垂荡运动分量影响不大,横摇运动最大值为4.03°,纵摇运动最大为3.34°。垂荡的绝对量值与横荡和纵荡比较是很小的量,其最大值在0.2～0.59m之间变化。回转运动分量出现的较大值的动力作用方向在67.5°～135°方向范围内,该范围内最大的回转运动量在7.5°～17.5°之间变化。钻井平台系泊系统的响应角为112.5°(3)在本文系泊试验范围,纵荡、横荡和回转低频运动响应为主,波频运动响应所占比重很小。纵摇、横摇、垂荡以波频运动为主。随着平台吃水深度的变大,横摇和纵摇的低频运动分量开始变大。(4)在本文系泊试验范围,缆力最大值出现在风、浪、流联合作用条件下112.5°，此时自升式钻井平台满载系泊工况下为41.79t；在环境力方向小于45°的时候选择用满载系泊方式,环境力方向大于45°的时候选用轻载的系泊方式。缆力的主要控制运动量为横荡与回转。(5)在本文试验范围,风暴潮中的最小气隙高度发生在0°、30°的工况和150°工况。120°工况时压桩力、拔桩力和水平力均比较大,是风暴自存状态中比较危险的工况。在60°工况中比三个力均比较小。在风暴自存状态工况中,宜选60°来迎对风暴潮。风暴自存工况波浪力起主导作用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-17
  1.1 论文背景  10-11
  1.2 课题研究目的和意义  11
  1.3 国内外研究现状  11-15
    1.3.1 国外研究现状  12-13
    1.3.2 国内研究现状  13-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
2. 物理模型试验  17-27
  2.1 模型相似准则  17-18
  2.2 试验设备及仪器  18
  2.3 模型设计与布置  18-24
    2.3.1 自升式钻井平台的模拟  18-20
    2.3.2 系泊系统  20-24
  2.4 试验条件  24-26
  2.5 模型试验方法  26-27
3 自升式钻井平台系泊状态运动量分析  27-61
  3.1 自升式钻井平台的运动固有周期及RAO  27-35
    3.1.1 自升式钻井平台的运动固有周期  27-32
    3.1.2 自升式钻井平台系泊状态RAO  32-35
  3.2 自升式钻井平台的主要运动量与载量对平台运动响应的影响  35-37
    3.2.1 自升式钻井平台的运动响应  35-36
    3.2.2 系泊状态下钻井平台运动响应与载量的关系  36-37
  3.3 环境荷载角度对自升式钻井平台运动量的影响  37-45
    3.3.1 纵荡和横荡运动性能  37-40
    3.3.2 纵摇和横摇运动性能  40-43
    3.3.3 垂荡和回转运动性能  43-45
  3.4 自升式钻井平台运动量的高低频特性  45-60
    3.4.1 纵荡和横荡的高低频特性  45-50
    3.4.2 纵摇和横摇的高低频特性  50-55
    3.4.3 垂荡和回转的高低频特性  55-60
  3.5 本章小结  60-61
4 自升式钻井平台系泊缆力变化规律  61-71
  4.1 载量对缆力的影响  62-63
  4.2 缆力随环境力角度变化的规律  63-65
  4.3 缆力与运动量的关系  65-70
  4.4 本章小结  70-71
5. 风暴潮中站立工况气隙高度与桩靴反力  71-79
  5.1 气隙高度  71-74
  5.2 桩靴反力  74-77
  5.3 风暴站立工况波浪小波谱分析  77-78
  5.4 本章小结  78-79
6 结论与展望  79-81
  6.1 主要研究工作与总结  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  84-85
致谢  85-86

自升式钻井平台水动力特性研究

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