半潛平臺(tái)
關(guān)注創(chuàng)建者：姜講蔣醬 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-01
半潛平臺(tái)的視頻教程
AQWA軟件企業(yè)培訓(xùn)（3） 通過ANSYS-APDL建立半潛平臺(tái)混合模型及混合模型的拖曳力線性化
培訓(xùn)主要內(nèi)容有： 1.簡(jiǎn)要介紹目前主流水動(dòng)力分析軟件特點(diǎn)； 2.介紹經(jīng)典AQWA； 3.通過AGS-plan建立船體模型； 4.通過ANSYS-APDL建立半潛平臺(tái)混合模型及混合模型的拖曳力線性化； 5.AQWA-librium介紹與實(shí)例； 6.AQWA-Fer介紹與實(shí)例； 7.AQWA-Drift介紹與實(shí)例； 8.AQWA-line多體耦合水動(dòng)力分析與駐波抑制
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AQWA軟件企業(yè)培訓(xùn)（1） 目前主流水動(dòng)力分析軟件特點(diǎn)
培訓(xùn)主要內(nèi)容有： 1.簡(jiǎn)要介紹目前主流水動(dòng)力分析軟件特點(diǎn)； 2.介紹經(jīng)典AQWA； 3.通過AGS-plan建立船體模型； 4.通過ANSYS-APDL建立半潛平臺(tái)混合模型及混合模型的拖曳力線性化； 5.AQWA-librium介紹與實(shí)例； 6.AQWA-Fer介紹與實(shí)例； 7.AQWA-Drift介紹與實(shí)例； 8.AQWA-line多體耦合水動(dòng)力分析與駐波抑制； 9.AQWA-Wave
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AQWA軟件企業(yè)培訓(xùn)（7） AQWA-line多體耦合水動(dòng)力分析與駐波抑制
培訓(xùn)主要內(nèi)容有： 1.簡(jiǎn)要介紹目前主流水動(dòng)力分析軟件特點(diǎn)； 2.介紹經(jīng)典AQWA； 3.通過AGS-plan建立船體模型； 4.通過ANSYS-APDL建立半潛平臺(tái)混合模型及混合模型的拖曳力線性化； 5.AQWA-librium介紹與實(shí)例； 6.AQWA-Fer介紹與實(shí)例； 7.AQWA-Drift介紹與實(shí)例； 8.AQWA-line多體耦合水動(dòng)力分析與駐波抑制
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半潛平臺(tái)的實(shí)例教程
摘要: 針對(duì)一個(gè)具有非對(duì)稱下浮體結(jié)構(gòu)的新型半潛式起重平臺(tái)，基于三維勢(shì)流理論，采用水動(dòng)力計(jì)算軟件Aqwa，根據(jù)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該平臺(tái)的懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)進(jìn)行布置并進(jìn)行3h時(shí)域系泊模擬。考慮3種不同的風(fēng)浪流海況，研究此平臺(tái)的系泊系統(tǒng)特性。研究發(fā)現(xiàn)8根系泊纜方案較12根系泊纜方案更為經(jīng)濟(jì)且能滿足性能要求，最后針對(duì)8根系泊纜方案選取了5種懸鏈松弛度，對(duì)比找出最佳松弛度，發(fā)現(xiàn)最佳松弛度為7.5。
關(guān)鍵詞：非對(duì)稱半潛式起重平臺(tái)；勢(shì)流理論；系泊系統(tǒng)；懸鏈松弛度
0 引言
半潛式平臺(tái)擁有優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能，在海上石油勘探、開采方面得到了廣泛的應(yīng)用[1–2]，半潛式起重支持平臺(tái)在海上石油開發(fā)過程中有著不可替代的作用[3]。
本文研究的新型半潛式起重平臺(tái)（非對(duì)稱）（見圖1），與傳統(tǒng)的半潛平臺(tái)結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。結(jié)構(gòu)關(guān)于中縱剖面非對(duì)稱，2臺(tái)起重機(jī)同時(shí)安裝在大浮筒一側(cè)，雙機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)能有效靈活地調(diào)節(jié)起重平臺(tái)與被安裝平臺(tái)的距離，顯著提升作業(yè)效率。箱型上層單元主要是居住單元，艙室可容納750人[4]。平臺(tái)總排水量58206t，主浮筒長(zhǎng)為137.75m，寬19.5m，高12m；副浮筒長(zhǎng)為122m，寬13.5m，高12m。與之相對(duì)應(yīng)的，主支柱長(zhǎng)為22.5m，寬19.5m，高18m；支腿支柱長(zhǎng)為16.5m，寬13.5m，高18m。箱型上層船體總長(zhǎng)為81m，寬81m，高12.8m。平臺(tái)的具體主尺度參數(shù)如表1所示。
半潛式平臺(tái)系泊系統(tǒng)特性研究對(duì)于平臺(tái)及系泊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化具有重要意義。因?yàn)闀r(shí)域迭代的方法計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，為了做到平衡精度和效率，文獻(xiàn)[5–8]提出了一些有效的完全耦合計(jì)算方法。
展開 挪威船東John Fredriksen旗下鉆井公司Northern Drilling決定提前接收一座現(xiàn)代重工建造的半潛式鉆井平臺(tái)“West Mira”號(hào)，從而滿足租船合同要求。
去年6月，Northern Drilling與Wintershall簽署了“West Mira”號(hào)的租船合同，用于在Wintershall的Nova油田進(jìn)行6口油井的鉆井工作，合同將從2020年3月開始。然而，近期，Northern Drilling宣布，Wintershall確認(rèn)執(zhí)行備選租約，從而將租船合同的開始實(shí)際提前到2019年第四季度。
如果Wintershall選擇執(zhí)行租船合同中所有的前期備選租約，租船合同的實(shí)際開始時(shí)間將會(huì)提前至2019年第三季度。
受此影響，Northern Drilling將提前從現(xiàn)代重工接收“West Mira”號(hào)，目前這座半潛式鉆井平臺(tái)的交付時(shí)間已經(jīng)調(diào)整至2018年12月初。
Northern Drilling介紹稱，“WestMira”號(hào)將成為世界上第一座配備低排放混合動(dòng)力裝置的現(xiàn)代化鉆井平臺(tái)。將電池集成在鉆井平臺(tái)上的供電和配電系統(tǒng)中，預(yù)計(jì)能夠顯著降低燃料消耗、二氧化碳和硫氧化物排放。
Northern Drilling在2017年以3.65億美元的價(jià)格收購(gòu)新建半潛式鉆井平臺(tái)“West Mira”號(hào)。這座半潛式鉆井平臺(tái)原本由Seadrill在現(xiàn)代三湖重工下單訂造，之后遭到撤單，最初造價(jià)約為5.68億美元。
展開 當(dāng)前主流的半潛式鉆井平臺(tái)都具備有橫撐結(jié)構(gòu)。橫撐界面直徑相對(duì)于波浪屬于小量，我們知道這種情況下粘性力是主要波浪載荷，需要用Morrison方程來求解小直徑結(jié)構(gòu)物收到的波浪載荷情況。因而半潛鉆井平臺(tái)需要兩部分模型：1傳統(tǒng)意義上的面源水動(dòng)力模型；2Morrison桿件模型，這二者組成的水動(dòng)力計(jì)算模型也成為混合模型。
在AQWA中，混合模型可以通過經(jīng)典ANSYS來建立,具體步驟為：
1.定義單元，面單元為Shell63，管件為pipe59；
2.依據(jù)立柱、浮箱尺寸建立外殼；
3.建立pipe模型；
4.對(duì)外殼模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑粚?duì)桿件進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑⒁猓瑮U件單元不宜過大，否則不能捕 捉波浪對(duì)桿件的影響；
5.輸出混合模型，在文本編輯器中對(duì)模型文件進(jìn)行修改。
模型修改完成后進(jìn)行常規(guī)計(jì)算時(shí)，AQWA僅考慮桿件的附加質(zhì)量影響。我們知道，Morrison方程粘性力項(xiàng)是關(guān)于速度平方的，即：
Fd=CdρD/2|u|u，方程還可以表達(dá)為Fd=（Cd|u|）ρD/2 u
這就表明，該力是非線性的。在時(shí)域分析中，桿件的粘性力可以在各個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)就行求解，但在頻域內(nèi)，需要對(duì)Cd|u|項(xiàng)進(jìn)行線性化處理，線性化處理的前提是要有給定的不規(guī)則波環(huán)境條件。
指定環(huán)境條件為Hs=3.0m，Tp=10s。
對(duì)平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算后比較升沉RAO如圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，桿件對(duì)于升沉的阻尼作用還是較為明顯的。
前文已經(jīng)說過，時(shí)域分析中可以完全考慮Morrison粘性力的作用，為何還要在頻域中進(jìn)行計(jì)算？
從粘性載荷方程可以知道，不同海況下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度不同，產(chǎn)生的阻尼作用也就不同。在設(shè)計(jì)階段，想要準(zhǔn)確的掌握平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能，頻域運(yùn)動(dòng)分析是必不可少的。
展開 以半潛式平臺(tái)為基礎(chǔ)的開發(fā)模式
半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SS）一般是由半潛式鉆井平臺(tái)改裝而成，與水下生產(chǎn)設(shè)施組成一套生產(chǎn)系統(tǒng)，典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括一個(gè)水下生產(chǎn)底盤、水下管匯及若干口衛(wèi)星井，水下井生產(chǎn)的流體通過管匯和生產(chǎn)立管進(jìn)入半潛式平臺(tái)上的處理設(shè)備，經(jīng)處理的原油由泵通過管線輸送至附近的儲(chǔ)油輪或裝油系統(tǒng)，再由穿梭油輪（Shuttle）外輸。由于半潛式生產(chǎn)平臺(tái)是由半潛式鉆井平臺(tái)改裝而成，改裝工程可在岸邊船廠進(jìn)行，與海上建造和安裝相比，節(jié)省了費(fèi)用和時(shí)間，并且在改裝的同時(shí)進(jìn)行預(yù)鉆井，可以提前投產(chǎn)。此外，使用半潛式平臺(tái)開發(fā)完一個(gè)油田，可移到其它油田重復(fù)使用。
以自升式平臺(tái)為基礎(chǔ)的開發(fā)模式
自升式平臺(tái)不僅可以鉆井，而且可以作為生產(chǎn)處理平臺(tái)，是一種移動(dòng)式生產(chǎn)設(shè)施，具有很大的靈活性，能夠開發(fā)完一個(gè)油田轉(zhuǎn)移到另一個(gè)油田繼續(xù)使用。在海上油田的開發(fā)中，一般是對(duì)自升式鉆井進(jìn)行適當(dāng)?shù)母难b，增加必須的處理設(shè)施，就可以開始生產(chǎn)，生產(chǎn)的原油由海底管線外輸，或輸送到附近的儲(chǔ)油系統(tǒng)由穿梭油輪外輸。利用水下回接到已有設(shè)施進(jìn)行開發(fā)
利用水下井生產(chǎn)，通過海底管線回接到附近油田的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行處理和外輸，對(duì)海上油田開發(fā)，只需對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行適當(dāng)?shù)母难b，省去了單獨(dú)的生產(chǎn)支撐設(shè)施，大大節(jié)省了投資費(fèi)用，是一種經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)方式，特別適合儲(chǔ)量較小的海上油田開發(fā)。
無任何水面設(shè)施的生產(chǎn)系統(tǒng)
完全利用水下生產(chǎn)系統(tǒng)和海底管線，而無任何水面生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)海上油氣田進(jìn)行開發(fā)的一種模式。Sn?hvit是挪威海域的第一個(gè)沒有任何水面設(shè)施的水下油田開發(fā)工程，沒有任何水面設(shè)施在海面上。水下生產(chǎn)設(shè)施安裝在水深大約是250-345米的海底。將要鉆20多口井來進(jìn)行這三個(gè)油田原油的生產(chǎn)，生產(chǎn)出來的原油和天然氣將通過145公里長(zhǎng)的管線輸送到陸地上。
展開 浮筒式平臺(tái)是一個(gè)浮式柱狀結(jié)構(gòu)，通過纜繩錨固于海底，它的大吃水形成對(duì)立管的良好保護(hù)，可適用于450m以上的海域，由于其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)水深變化不敏感，更適宜于在深達(dá)3000m 深水海域應(yīng)用，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)是將浮力艙和壓載艙在垂直方向分開獨(dú)立設(shè)置，使其具有良好的漂浮穩(wěn)性，即使在極端破壞的情況下也不會(huì)傾覆，因此具有很好的發(fā)展前途。
7 半潛式平臺(tái)
半潛式平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)，就平臺(tái)外型來看與半潛式鉆井平臺(tái)基本相同，但其內(nèi)部設(shè)備是油氣處理、轉(zhuǎn)運(yùn)等裝置。半潛式平臺(tái)由上部組塊、浮體、系泊系統(tǒng)等構(gòu)成，具有良好的抗風(fēng)浪能力和穩(wěn)定性。半潛式平臺(tái)長(zhǎng)期以來被用在鉆井和采油中，是一種比較成熟的技術(shù)，半潛平臺(tái)的適應(yīng)水深在80～2414m，范圍比較廣。
8 單點(diǎn)系泊裝置
單點(diǎn)系泊裝置是一種將海底管線輸入的油轉(zhuǎn)輸?shù)接洼喩系囊环N系留設(shè)施，其上面設(shè)有輸油軟管及其收放裝置，同時(shí)設(shè)有供船舶系留的纜索，下部與輸油管連接，上部輸油管線經(jīng)過上部旋轉(zhuǎn)裝置用軟管與系留船舶連接或直接通過軟管與系留船舶連接，整個(gè)設(shè)施通過錨索鏈或?qū)Ч芗芄潭ㄔ诤４采希?其工作水深一般是在十幾米以至3000m水域。
9 浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（FPSO）
浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油系統(tǒng)（FPSO）由錨系到海底的大型油輪型駁船構(gòu)成。FPSO 通常與井口平臺(tái)或海底采油系統(tǒng)組成一個(gè)完整的采油、原油處理、儲(chǔ)油和卸油系統(tǒng)。其作業(yè)原理是：通過海底輸油管線接受從海底油井中采出的原油，并在船上進(jìn)行處理，然后儲(chǔ)存在貨油艙內(nèi)，最后通過卸油系統(tǒng)輸往穿梭油船。FPSO適用水深范圍非常廣泛，水深可以是十幾米到3000m。其特點(diǎn)是儲(chǔ)油能力大，大大降低了運(yùn)輸成本，具有移動(dòng)性可在不同的海域重復(fù)使用，另外可利用過剩油輪改造，降低制造成本。缺點(diǎn)受海洋環(huán)境影響較大，在風(fēng)、浪作用下其生產(chǎn)的穩(wěn)定性受到影響，在風(fēng)、浪超過設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)不能進(jìn)行生產(chǎn)和卸油。
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半潛平臺(tái)的最新內(nèi)容
目前的方法基于勢(shì)理論，可用于解決夾層型平臺(tái)以及半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)（TLP）和重力基礎(chǔ)（GBS）等大體積平臺(tái)的波浪沖擊問題。計(jì)算得到了由甲板下濕潤(rùn)區(qū)域定義的面積上的綜合力。
圖9.
對(duì)于像半潛式平臺(tái)和張力腿平臺(tái)這樣的結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)最小空隙和甲板撞擊事件的概率是具有挑戰(zhàn)性的。
一個(gè)SPAR對(duì)12米高的波浪的動(dòng)態(tài)反應(yīng)
由于氣隙設(shè)計(jì)中必須考慮到與平臺(tái)腿的相互作用，陡波表現(xiàn)出顯著的非線性行為和波幅放大。如果在惡劣環(huán)境中出現(xiàn)負(fù)氣隙，預(yù)測(cè)由此產(chǎn)生的甲板沖擊載荷就變得非常重要。
胡超等[13]分析了極端海況下半潛平臺(tái)系泊失效后剩余系泊張力情況，發(fā)現(xiàn)系泊受力安全系數(shù)減小。施偉[14]研究了單根系泊失效下的半潛平臺(tái)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)失效后平臺(tái)縱蕩穩(wěn)定性下降，響應(yīng)大幅增加。鄭侃等[15]進(jìn)一步研究了多根系泊失效對(duì)半潛式平臺(tái)漂浮式風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)浪側(cè)系泊失效，可能導(dǎo)致平臺(tái)出現(xiàn)傾覆。
關(guān)鍵詞：非對(duì)稱半潛式起重平臺(tái)；勢(shì)流理論；系泊系統(tǒng)；懸鏈松弛度
0 引言
半潛式平臺(tái)擁有優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能，在海上石油勘探、開采方面得到了廣泛的應(yīng)用[1–2]，半潛式起重支持平臺(tái)在海上石油開發(fā)過程中有著不可替代的作用[3]。
本文研究的新型半潛式起重平臺(tái)（非對(duì)稱）（見圖1），與傳統(tǒng)的半潛平臺(tái)結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。
，給出了新型浮式平臺(tái)和單柱式平臺(tái)相對(duì)于半潛式平臺(tái)在各項(xiàng)指標(biāo)上的優(yōu)化程度(單位：%)，如圖4所示。
近年來，越來越多的國(guó)家重視發(fā)展多功能海洋平臺(tái)，以半潛式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，綜合風(fēng)能-波浪能-潮流能海上互補(bǔ)發(fā)電海洋平臺(tái)，深水鉆井平臺(tái)、海洋牧場(chǎng)都是國(guó)際上主要探討和研究的話題。2012年，我國(guó)第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)投入使用[1]，其最大作業(yè)水深達(dá)到2451m。2011年，日本開發(fā)制造了“Wind Lens”平臺(tái)[2]，整個(gè)平臺(tái)安裝了2臺(tái)風(fēng)力機(jī)波浪能裝置和太陽能。
波浪載荷是半潛平臺(tái)所遭遇的環(huán)境載荷的主要部分，對(duì)船體的總強(qiáng)度校核起決定性的作用。因此在極限海況下對(duì)半潛平臺(tái)的波浪載荷特性進(jìn)行分析以及對(duì)其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)報(bào)是平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。各大船級(jí)社規(guī)范對(duì)此也有要求。
ANSYS系列產(chǎn)品主要專注于工程結(jié)構(gòu)的CAE仿真分析，通過仿真模擬來掌握海洋平臺(tái)等工程結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。
近年來，越來越多的國(guó)家重視發(fā)展多功能海洋平臺(tái)，以半潛式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，綜合風(fēng)能-波浪能-潮流能海上互補(bǔ)發(fā)電海洋平臺(tái)，深水鉆井平臺(tái)、海洋牧場(chǎng)都是國(guó)際上主要探討和研究的話題。2012年，我國(guó)第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)投入使用[1]，其最大作業(yè)水深達(dá)到2451m。2011年，日本開發(fā)制造了“Wind Lens”平臺(tái)[2]，整個(gè)平臺(tái)安裝了2臺(tái)風(fēng)力機(jī)波浪能裝置和太陽能。
2017年2月13日，全球最先進(jìn)超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”在煙臺(tái)命名交付，其整體用鋼約40000多噸，其中10%為超強(qiáng)超厚鋼。“藍(lán)鯨1號(hào)”是我國(guó)船廠在海洋工程超深水領(lǐng)域的首個(gè)“交鑰匙”工程，具有里程碑意義。
鋼鐵作為海洋工程裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)以及海底管道等。
為海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船供油▲
為大型礦砂船供油▲
海軍節(jié)為到訪的多國(guó)艦艇供油▲
為半潛式鉆井作業(yè)平臺(tái)供油
