[發明專利]一種鋼懸鏈式立管與浮式平臺的整體分析方法

無效

• 申請號: 201110280779.3
• 申請日: 2011-09-12
• 公開（公告）號: CN102354323A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 黃維平;孟慶飛;劉娟;白興蘭
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種分析方法，尤其是涉及一種鋼懸鏈式立管與浮式平臺的整體分析方法。

背景技術

鋼懸鏈線立管是深海油氣開發的新型立管系統，與柔性立管相比，鋼懸鏈線立管的成本低；與頂張力立管相比，它無需頂張力和浮體垂蕩運動的補償，被認為是深海油氣資源開發的一個成本有效的立管解決方案。鋼懸鏈式立管不僅取代了柔性立管成功應用于張力腿平臺和半潛式平臺，而且成為浮式生產系統和浮式生產儲運系統首選的立管型式，同時也被認為是固定式平臺的經濟型立管。它集海底管線和立管為一身，無需海底的應力接頭或柔性接頭連接，大大降低了水下施工的工程量和施工難度。同時其頂部自由懸掛在平臺外側，無需液壓氣動張緊裝置和跨接軟管，節省了較大的平臺空間，而且對浮體的漂移運動有較大的容度，更適合于高溫高壓介質環境，得到了深海開發的青睞，成為深海油氣資源開發的首選立管系統。

鋼懸鏈式立管是一條懸掛在浮式平臺上的自由懸垂鋼管，如圖1所示，其軸線呈懸鏈線形狀。由于它直接延伸至海床上，在海床上具有觸底點2，與海底管線是一條整體的鋼管。與海床接觸的一段管線稱為流線段3，從海底至浮式平臺的一段懸垂管線稱為懸垂段1。懸垂段1與海水發生相互作用，稱為流固耦合，而流線段則受到海床土的約束作用。由于鋼懸鏈式立管的頂端與浮式平臺連接，因此，它將隨著浮式平臺的運動而運動。鋼懸鏈式立管隨浮式平臺的運動包括懸掛點的位移、速度和加速度，位移決定了鋼懸鏈式立管的當前位置，而速度和加速度則決定了鋼懸鏈式立管的運動狀態和慣性。

目前，鋼懸鏈式立管的分析方法存在以下問題：

1)鋼懸鏈式立管的頂端懸掛在浮式平臺上，它對浮式平臺的約束作用與系泊系統類似，其約束力隨浮式平臺的運動而變化。但是，現有的鋼懸鏈式立管動力分析方法采用耦合分析方法，即將浮式平臺和鋼懸鏈式立管作為兩個結構系統分別進行分析。分析浮式平臺時，不考慮鋼懸鏈式立管對浮式平臺的約束作用。因此，計算結果與浮式平臺的真實運動狀態有較大的區別。因為鋼懸鏈式立管的約束作用與重力式錨鏈相當，因此，忽略鋼懸鏈式立管的約束作用相當于浮式平臺缺少一根錨鏈。

2)位移耦合分析方法，現有技術采用鋼懸鏈式立管與浮式平臺位移耦合的分析方法，即將鋼懸鏈式立管與浮式平臺作為兩個結構系統分別進行分析。分析鋼懸鏈式立管時，將浮式平臺與鋼懸鏈式立管連接點的運動位移作為鋼懸鏈式立管頂端的邊界條件輸入。而二者之間的其它耦合作用，包括力、速度和加速度，均被忽略。

3)忽略轉動效應，鋼懸鏈式立管的頂端通過柔性接頭與浮式平臺連接，因此，浮式平臺的縱搖和橫搖運動將對鋼懸鏈線立管產生彎曲作用。但是現有技術的耦合分析方法只能將浮式平臺和鋼懸鏈式立管連接點的線運動輸入到鋼懸鏈式立管的頂端邊界條件中，而轉動被忽略。因此，無法將浮式平臺對鋼懸鏈式立管產生的彎曲作用耦合到鋼懸鏈式立管的頂端，即忽略了浮式平臺對鋼懸鏈式立管的轉動作用。

如果要正確地分析鋼懸鏈式立管，必須采用鋼懸鏈式立管與浮式平臺整體分析的方法。如果采用現有技術的耦合分析方法，則只能進行位移耦合分析，而忽略連接點的速度和加速度耦合。因為，耦合分析方法將鋼懸鏈式立管頂端作為邊界，通過單獨計算浮式平臺的運動，先求出浮式平臺的位移，再將浮式平臺與鋼懸鏈式立管連接點的位移作為鋼懸鏈式立管的頂端邊界條件輸入，從而計算出鋼懸鏈式立管的運動，這就忽略了浮式平臺運動速度和加速度對鋼懸鏈式立管運動的影響。針對于目前的分析方法中存在的問題，需要找出一種合理的方法予以解決。

發明內容

本發明提出了一種鋼懸鏈式立管與浮式平臺整體分析的方法，從而可以實現鋼懸鏈式立管與浮式平臺的整體分析問題。

本發明的目的之一是建立鋼懸鏈式立管與浮式平臺的整體分析方法，改進現有技術將鋼懸鏈式立管和浮式平臺作為兩個獨立結構系統的耦合分析方法。

本發明的目的之一是考慮浮式平臺縱/橫搖對鋼懸鏈式立管的轉動效應，通過整體分析實現鋼懸鏈式立管與浮式平臺之間的彎矩傳遞。

本發明的目的之一是考慮浮式平臺運動速度和加速度對鋼懸鏈式立管運動和受力的影響，通過整體分析實現鋼懸鏈式立管與浮式平臺之間的慣性力傳遞。

本發明的目的之一是考慮鋼懸鏈式立管對浮式平臺的約束作用，通過整體分析實現鋼懸鏈式立管與浮式平臺之間的約束力傳遞。