[發明專利]深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設計方法

有效

• 申請號: 201110319567.1
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102433867A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 李家春;張會琴
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: E02B17/00
• 分類號: E02B17/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及深水油氣開發系統中深海浮式平臺的設計方法。

背景技術

深水油氣開發是一項科技含量高、所處海洋環境條件惡劣、浮式平臺系統受力狀況復雜的海洋工程。我國的深水海洋油氣資源開發起步較晚，受技術水平和裝備能力所限，我國的海洋石油開發長期以來只能在300米水深以內的近海進行。十一五期間，3000米深水半潛式鉆井平臺設計建造技術攻關列入了863計劃和國家科技重大專項，以推進我國的深水平臺的研制工作，填補我國在深水裝備上的空白，也標志著我國海洋石油工業的自主創新能力有了重要進展。

為了對海洋石油進行經濟、安全和高效率的開采，深水浮式平臺的選型與概念設計是重要的一步。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，需要依據當地海況條件(如，水深、波浪主頻等參數)提供平臺的結構類型，而給定型式后具體平臺的主尺度優化則是工程設計的第二步，在這個階段，我們應該詳細分析同一型式平臺下不同結構形式(如立柱與下浮體的體積分配、結構主尺度、幾何參數等)對其流體動力性能的影響。

在平臺方案選型或設計的初期階段，必須首先根據所服役海域的海況條件，設計出固有搖蕩頻率/周期遠離常見波浪主頻率/周期的結構物，從而避免發生相對較大的運動響應，是判斷平臺運動性能優劣的關鍵因素。對于這一問題，研究方法多半局限于數值模擬計算，直觀和普適性的結論較少。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論，從而為減少工作量、縮短設計周期，并進一步開展平臺的詳細設計提供技術儲備。

發明內容

本發明的目的在于一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設計方法，能夠定量確定平臺關鍵主尺度參數，在平臺的初期概念設計階段，提高工作效率。

本發明的一種深水半潛式鉆井平臺或采油平臺設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系曲線，調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，使在此范圍內所得的平臺垂蕩固有頻率盡可能遠離波浪主頻；

3)根據步驟2)確定的垂蕩體積配置因子區間，根據縱搖固有頻率公式調整立柱中心軸縱向間距從而改變縱搖慣性半徑r₅₅；運用橫搖固有頻率公式調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離波浪主頻，進一步確定平臺立柱中心軸縱向間距和橫向間距這兩個關鍵主尺度參數。

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為結構物浮心和重心之間的距離，κ₃為下浮體的垂蕩附加質量系數，κ₅為下浮體的縱搖附加質量矩系數，κ₄為下浮體的橫搖附加質量矩系數，r₅₅為縱搖慣性半徑，r₄₄為橫搖慣性半徑。

本發明通過對平臺固有頻率這一決定海洋結構物運動性能優劣的關鍵參數的理論分析，結合商用水動力軟件WAMIT的驗證的方式，能夠在平臺設計初期根據服役海域海況條件確定深水浮式平臺的關鍵主尺度設計參數范圍，使得深水浮式平臺在設計的過程中更加科學、合理、經濟、簡捷。

附圖說明

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d_z和橫向間距d_H。

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8φ與垂蕩固有周期關系曲線與相應數值結果(圖3-7)比較。

圖9半潛式平臺縱穩性示意圖。

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13φ與縱搖固有周期關系曲線與相應數值結果(圖10-12)比較。