深水半潜式钻井平台或采油平台设计方法技术

本发明专利技术公开了一种深水半潜式钻井平台或采油平台设计方法，包括如下步骤：1)在立柱吃水深度给定下，对立柱群和下浮体不同的体积分配，根据垂荡固有频率公式得到不同体积配置因子下的垂荡固有频率曲线；2)根据平台所服役海域的波浪主频率，参照步骤1)中的垂荡固有频率与体积配置因子的关系曲线，调整下浮体和立柱群之间的体积分配，确定典型体积配置因子范围，使在此范围内所得的平台垂荡固有频率尽可能远离波浪主频；3)根据步骤2)确定的垂荡体积配置因子区间，运用纵摇固有频率公式，调整立柱中心轴纵向间距；运用横摇固有频率公式，调整立柱中心轴横向间距，使平台的纵摇和横摇固有频率均远离波浪主频，从而确定立柱中心轴纵向间距和横向间距。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及深水油气开发系统中深海浮式平台的设计方法。
技术介绍
深水油气开发是一项科技含量高、所处海洋环境条件恶劣、浮式平台系统受力状况复杂的海洋工程。我国的深水海洋油气资源开发起步较晚，受技术水平和装备能力所限， 我国的海洋石油开发长期以来只能在300米水深以内的近海进行。十一五期间，3000米深水半潜式钻井平台设计建造技术攻关列入了 863计划和国家科技重大专项，以推进我国的深水平台的研制工作，填补我国在深水装备上的空白，也标志着我国海洋石油工业的自主创新能力有了重要进展。为了对海洋石油进行经济、安全和高效率的开采，深水浮式平台的选型与概念设计是重要的一步。迄今为止，张力腿平台(TLP)、Spar平台和半潜式平台是比较典型的三类深水平台型式，至今仍成功应用于世界各海域的深水油气开采。在概念选型阶段，需要依据当地海况条件(如，水深、波浪主频等参数)提供平台的结构类型，而给定型式后具体平台的主尺度优化则是工程设计的第二步，在这个阶段，我们应该详细分析同一型式平台下不同结构形式(如立柱与下浮体的体积分配、结构主尺度、几何参数等)对其流体动力性能的影响。在平台方案选型或设计的初期阶段，必须首先根据所服役海域的海况条件，设计出固有摇荡频率/周期远离常见波浪主频率/周期的结构物，从而避免发生相对较大的运动响应，是判断平台运动性能优劣的关键因素。对于这一问题，研究方法多半局限于数值模拟计算，直观和普适性的结论较少。本专利从理论分析入手，给出适用于不同平台型式的一般性结论，从而为减少工作量、缩短设计周期，并进一步开展平台的详细设计提供技术储备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种，能够定量确定平台关键主尺度参数，在平台的初期概念设计阶段，提高工作效率。本专利技术的一种包括如下步骤1)在立柱吃水深度给定下，对立柱群和下浮体不同的体积分配，根据垂荡固有频1承2ρ9 ι )率公式0 . ---)得到不同体积配置因子下的垂荡固有频率曲线；2)根据平台所服役海域的波浪主频率，参照垂荡固有频率与体积配置因子关系曲线，调整下浮体和立柱群之间的体积分配，确定体积配置因子范围，使在此范围内所得的平3台垂荡固有频率尽可能远离波浪主频；3)根据步骤幻确定的垂荡体积配置因子区间，根据纵摇固有频率公式CO5 ^ I^),调整立柱中心轴纵向间距从而改变纵摇惯性半径r55;运用横Κ5Φ L r55摇固有频率公式《4 ^j^(宇「芽),调整立柱中心轴横向间距从而改变横摇惯性半径r44，使平台的纵摇和横摇固有频率均远离波浪主频，进一步确定平台立柱中心轴纵向间距和横向间距这两个关键主尺度参数。其中，所述ω3为垂荡固有频率，ω5为纵摇固有频率，ω4为横摇固有频率，g为重力加速度，L为立柱群的吃水高度，Φ为体积配置因子，GB为结构物浮心和重心之间的距离，K3为下浮体的垂荡附加质量系数，K5为下浮体的纵摇附加质量矩系数，^4为下浮体的横摇附加质量矩系数，r55为纵摇惯性半径，r44为横摇惯性半径。本专利技术通过对平台固有频率这一决定海洋结构物运动性能优劣的关键参数的理论分析，结合商用水动力软件WAMIT的验证的方式，能够在平台设计初期根据服役海域海况条件确定深水浮式平台的关键主尺度设计参数范围，使得深水浮式平台在设计的过程中更加科学、合理、经济、简捷。附图说明图1为半潜式平台剖面图。图2为半潜式平台立柱和下浮体中轴线间立柱纵向间距dz和横向间距dH。图3垂荡固有周期(Φ = 0.84)。图4垂荡固有周期(Φ = 0.82)。图5垂荡固有周期(Φ = 0.79)。图6垂荡固有周期(Φ = 0.76)。图7不同体积配置因子下的垂荡固有周期。图8 Φ与垂荡固有周期关系曲线与相应数 ![结果(图3-7)比较。图9半潜式平台纵稳性示意图。图10纵摇固有周期(Φ =0.84)。图11纵摇固有周期(Φ = 0.79)。图12纵摇固有周期(φ = 0.76)。图13 Φ与纵摇固有周期关系曲线与相应数-直结果(图10-12)比较。图14纵向柱间距65、70和75m下垂荡固有周期。图15纵向柱间距65、70和75m下纵摇固有周期。具体实施例方式1、设计原理①垂荡(Heave)固有频率的估算半潜式平台的无阻尼垂荡响应控制方程为权利要求1. 一种，包括如下步骤1)在立柱吃水深度给定下，对立柱群和下浮体不同的体积分配，根据垂荡固有频率公式全文摘要本专利技术公开了一种，包括如下步骤1)在立柱吃水深度给定下，对立柱群和下浮体不同的体积分配，根据垂荡固有频率公式得到不同体积配置因子下的垂荡固有频率曲线；2)根据平台所服役海域的波浪主频率，参照步骤1)中的垂荡固有频率与体积配置因子的关系曲线，调整下浮体和立柱群之间的体积分配，确定典型体积配置因子范围，使在此范围内所得的平台垂荡固有频率尽可能远离波浪主频；3)根据步骤2)确定的垂荡体积配置因子区间，运用纵摇固有频率公式，调整立柱中心轴纵向间距；运用横摇固有频率公式，调整立柱中心轴横向间距，使平台的纵摇和横摇固有频率均远离波浪主频，从而确定立柱中心轴纵向间距和横向间距。文档编号E02B17/00GK102433867SQ20111031956公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日专利技术者张会琴, 李家春 申请人:中国科学院力学研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李家春，张会琴，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：