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浮式钻井生产储油轮水动力特性的数值研究-船舶与海洋工程专业论文
万方数据 万方数据 学术诚信声明 兹呈交的学位论文,是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取 得的研究成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。本人依法享有和承担由此 论文产生的权利和责任。 声明人(签名): 时 间: 保护知识产权声明 本人完全了解集美大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校 有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意集美大学可以 用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作 者(签名): 导 师(签名): 时 间: 浮式钻井生产储油轮水动力特性的数值研究 摘 要 近些年来,全球能源的需求日益增长,各国竞相争夺开发深海蕴藏的油气资源,深水 油气开采技术的掌握成为领先开采战略的主动权。传统意义上油气开采需要专门的钻采平 台系统和储油平台系统,生产周期长、成本高且作业灵活性较差。浮式钻井生产储油轮 (Floating, drilling, production, storage and offshore vessel,简称 FDPSO)既具有较强的生 产储油特点,又具备钻探和完井的功能,是集油矿钻探、原油生产、储备以及外输等功能 于一体的海洋平台。其优越性能吸引了海洋石油工程界和众多科研机构的关注,一些船厂 开始陆续建造。FDPSO 有月池结构,使其在波浪环境下的安全可靠性分析不能借鉴于一般 船舶。因此,对 FDPSO 水动力性能的研究具有重要意义。 以一艘 210 米长的浮式钻井生产储油轮 FDPSO 为研究对象,采用水动力软件 AQWA 数值模拟法,研究了南海海域下浮式钻井生产储油轮 FDPSO 的水动力特性。 基于三维势流理论,在频域范围内分析了月池尺寸、位置、吃水下船体的六自由度的 附加质量和辐射阻尼系数,研究了月池尺寸、位置、吃水对 FDPSO 总体水动力特性的影 响。结果表明,月池内流体的“活塞”振荡会增大船体的垂荡运动幅度;船体附加质量和 辐射阻尼系数存在极值,该极值对应的波浪频率与月池尺寸、吃水有关,与位置无关。对 比分析了 FDPSO 压载载况和满载载况的船体水动力参数,包括运动响应幅值算子、一阶 波浪激励力和平均波浪漂移力,研究了频域范围内两种载况 FDPSO 的水动力特性。由于 船体湿表面面积基本相似,满载载况和压载载况类似。 根据卡明斯原理,采用频域转换时域的方法,模拟中国南海海域环境,对 FDPSO 进 行船体/系泊缆时域耦合的运动响应分析。初步设计了 FDPSO 的单点系泊系统,选取南海 一年一遇作业海况和百年一遇生存海况,进行了风、浪、流不同组合工况下压载 FDPSO 的平衡位置、运动响应分析及钻井和生存安全校核,验证了 FDPSO 满足作业和生存条件; 分析了生存海况下系泊缆索的完整系泊和单缆破断情况下的运动响应和系泊张力,验证了 系泊缆索在完整工况和破损工况下的安全性并作出了相应评估。 关键词:FDPSO;水动力特性;数值模拟;月池;单点系泊 I Numerical Analysis on the Hydrodynamic performance of Floating Drilling Production Storage and Offloading Vessel ABSTRACT With the increasing demands for global energy, gas and oil resource has been the focal point for global exploration and development. The breakthrough of deep sea oil exploration technology is the key factor in long-term strategy of deep sea exploration. Traditional deep-water oil exploitation needs drilling unit and producing unit, the production period of which is very long as well as expensive cost and low flexibility. Floating drilling production storage and offloading vessel,short for FDPSO, is a multifunction floating platform, which has the integral function of drilling
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