專利名稱：深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深水油氣開發(fā)系統(tǒng)中深海浮式平臺的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
深水油氣開發(fā)是一項科技含量高、所處海洋環(huán)境條件惡劣、浮式平臺系統(tǒng)受力狀況復(fù)雜的海洋工程。我國的深水海洋油氣資源開發(fā)起步較晚，受技術(shù)水平和裝備能力所限， 我國的海洋石油開發(fā)長期以來只能在300米水深以內(nèi)的近海進(jìn)行。十一五期間，3000米深水半潛式鉆井平臺設(shè)計建造技術(shù)攻關(guān)列入了 863計劃和國家科技重大專項，以推進(jìn)我國的深水平臺的研制工作，填補(bǔ)我國在深水裝備上的空白，也標(biāo)志著我國海洋石油工業(yè)的自主創(chuàng)新能力有了重要進(jìn)展。為了對海洋石油進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、安全和高效率的開采，深水浮式平臺的選型與概念設(shè)計是重要的一步。迄今為止，張力腿平臺(TLP)、Spar平臺和半潛式平臺是比較典型的三類深水平臺型式，至今仍成功應(yīng)用于世界各海域的深水油氣開采。在概念選型階段，需要依據(jù)當(dāng)?shù)睾r條件(如，水深、波浪主頻等參數(shù))提供平臺的結(jié)構(gòu)類型，而給定型式后具體平臺的主尺度優(yōu)化則是工程設(shè)計的第二步，在這個階段，我們應(yīng)該詳細(xì)分析同一型式平臺下不同結(jié)構(gòu)形式(如立柱與下浮體的體積分配、結(jié)構(gòu)主尺度、幾何參數(shù)等)對其流體動力性能的影響。在平臺方案選型或設(shè)計的初期階段，必須首先根據(jù)所服役海域的海況條件，設(shè)計出固有搖蕩頻率/周期遠(yuǎn)離常見波浪主頻率/周期的結(jié)構(gòu)物，從而避免發(fā)生相對較大的運動響應(yīng)，是判斷平臺運動性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。對于這一問題，研究方法多半局限于數(shù)值模擬計算，直觀和普適性的結(jié)論較少。本專利從理論分析入手，給出適用于不同平臺型式的一般性結(jié)論，從而為減少工作量、縮短設(shè)計周期，并進(jìn)一步開展平臺的詳細(xì)設(shè)計提供技術(shù)儲備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設(shè)計方法，能夠定量確定平臺關(guān)鍵主尺度參數(shù)，在平臺的初期概念設(shè)計階段，提高工作效率。本發(fā)明的一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設(shè)計方法包括如下步驟1)在立柱吃水深度給定下，對立柱群和下浮體不同的體積分配，根據(jù)垂蕩固有頻
1承2
ρ9 ι )
率公式0 . ---)得到不同體積配置因子下的垂蕩固有頻率曲線；2)根據(jù)平臺所服役海域的波浪主頻率，參照垂蕩固有頻率與體積配置因子關(guān)系曲線，調(diào)整下浮體和立柱群之間的體積分配，確定體積配置因子范圍，使在此范圍內(nèi)所得的平
3臺垂蕩固有頻率盡可能遠(yuǎn)離波浪主頻；3)根據(jù)步驟幻確定的垂蕩體積配置因子區(qū)間，根據(jù)縱搖固有頻率公式
CO5 ^ I^),調(diào)整立柱中心軸縱向間距從而改變縱搖慣性半徑r55;運用橫
Κ5Φ L r55
搖固有頻率公式《4 ^j^(宇「芽),調(diào)整立柱中心軸橫向間距從而改變橫搖慣
性半徑r44，使平臺的縱搖和橫搖固有頻率均遠(yuǎn)離波浪主頻，進(jìn)一步確定平臺立柱中心軸縱向間距和橫向間距這兩個關(guān)鍵主尺度參數(shù)。其中，所述ω3為垂蕩固有頻率，ω5為縱搖固有頻率，ω4為橫搖固有頻率，g為重力加速度，L為立柱群的吃水高度，Φ為體積配置因子，GB為結(jié)構(gòu)物浮心和重心之間的距離，K3為下浮體的垂蕩附加質(zhì)量系數(shù)，K5為下浮體的縱搖附加質(zhì)量矩系數(shù)，^4為下浮體的橫搖附加質(zhì)量矩系數(shù)，r55為縱搖慣性半徑，r44為橫搖慣性半徑。本發(fā)明通過對平臺固有頻率這一決定海洋結(jié)構(gòu)物運動性能優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)的理論分析，結(jié)合商用水動力軟件WAMIT的驗證的方式，能夠在平臺設(shè)計初期根據(jù)服役海域海況條件確定深水浮式平臺的關(guān)鍵主尺度設(shè)計參數(shù)范圍，使得深水浮式平臺在設(shè)計的過程中更加科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、簡捷。


圖1為半潛式平臺剖面圖。
圖2為半潛式平臺立柱和下浮體中軸線間立柱縱向間距dz和橫向間距dH。
圖3垂蕩固有周期(Φ = 0.84)。
圖4垂蕩固有周期(Φ = 0.82)。
圖5垂蕩固有周期(Φ = 0.79)。
圖6垂蕩固有周期(Φ = 0.76)。
圖7不同體積配置因子下的垂蕩固有周期。
圖8 Φ與垂蕩固有周期關(guān)系曲線與相應(yīng)數(shù) ![結(jié)果(圖3-7)比較。
圖9半潛式平臺縱穩(wěn)性示意圖。
圖10縱搖固有周期(Φ =0.84)。
圖11縱搖固有周期(Φ = 0.79)。
圖12縱搖固有周期(φ = 0.76)。
圖13 Φ與縱搖固有周期關(guān)系曲線與相應(yīng)數(shù)-直結(jié)果(圖10-12)比較。
圖14縱向柱間距65、70和75m下垂蕩固有周期。
圖15縱向柱間距65、70和75m下縱搖固有周期。
具體實施例方式1、設(shè)計原理①垂蕩(Heave)固有頻率的估算半潛式平臺的無阻尼垂蕩響應(yīng)控制方程為
權(quán)利要求
1. 一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設(shè)計方法，包括如下步驟1)在立柱吃水深度給定下，對立柱群和下浮體不同的體積分配，根據(jù)垂蕩固有頻率公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設(shè)計方法，包括如下步驟1)在立柱吃水深度給定下，對立柱群和下浮體不同的體積分配，根據(jù)垂蕩固有頻率公式得到不同體積配置因子下的垂蕩固有頻率曲線；2)根據(jù)平臺所服役海域的波浪主頻率，參照步驟1)中的垂蕩固有頻率與體積配置因子的關(guān)系曲線，調(diào)整下浮體和立柱群之間的體積分配，確定典型體積配置因子范圍，使在此范圍內(nèi)所得的平臺垂蕩固有頻率盡可能遠(yuǎn)離波浪主頻；3)根據(jù)步驟2)確定的垂蕩體積配置因子區(qū)間，運用縱搖固有頻率公式，調(diào)整立柱中心軸縱向間距；運用橫搖固有頻率公式，調(diào)整立柱中心軸橫向間距，使平臺的縱搖和橫搖固有頻率均遠(yuǎn)離波浪主頻，從而確定立柱中心軸縱向間距和橫向間距。
文檔編號E02B17/00GK102433867SQ20111031956
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者張會琴, 李家春 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所