中深水半潛式鉆井平臺系泊方案設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化研究說明書帶開題

中深水半潛式鉆井平臺系泊方案設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化研究說明書帶開題,深水,半潛式,鉆井平臺,系泊,方案設(shè)計,參數(shù),優(yōu)化,研究,鉆研,說明書,仿單,開題 一、選題依據(jù) 課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值 課題來源、選題依據(jù)和背景情況 目前，石油、天然氣等化石能源與人們的生活密不可分，但隨著陸上資源的日益枯竭，人們不得不把解決能源需求的目光投向海上。就我國的目前情況而言，石油的需求量日益增大，2003年中國石油消費超過日本成為世界第二大石油消費國，消費量達2.74億噸；2015年我國石油消費量已突破5億噸，對外依存度高達60%，因此石油的開采已成為了我國經(jīng)濟安全和發(fā)展的一個非常重要的問題。我國陸上油氣田從上世紀(jì)開采至今，大多已具有近50年的開采歷史，油田已接近最大開采程度，開采成本較高，產(chǎn)量也很難提高，因此人們漸漸的把能源戰(zhàn)略的選擇方向放在海上。2012年，黨的十八大會議提出海洋強國戰(zhàn)略，提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，堅決維護國家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強國。 我國海域廣袤，自然環(huán)境優(yōu)美，資源豐富。目前已初步探得我國海域有30個左右的沉積盆地，石油儲量可觀，盆地面積達70萬平方千米。上世紀(jì)60年代，中國開始對海洋石油進行自主勘探開發(fā)，目前已取得一些重要技術(shù)突破和成果。中國黃海、渤海、東海和南海具探測均有油氣，渤海埕島油田已成為北方重要的能源生產(chǎn)基地。東海由于和日本存在海上爭端，石油開發(fā)和探測阻力較大。南海地區(qū)根據(jù)現(xiàn)有資料推測石油儲量約230億~300億噸，約占我國總資源的1/3，具有非常大的開采潛力。 我國海洋石油儲量大，但我國海洋石油開發(fā)起步較晚，海洋裝備與國外相比仍比較落后，目前我國海洋石油開采多數(shù)還局限在近海，采用傳統(tǒng)的固定式平臺。但隨著海洋石油開發(fā)，向深海進軍已是大勢所趨，傳統(tǒng)的固定式平臺難易在深海環(huán)境條件下作業(yè)，浮式平臺成為不可或缺的裝備，目前浮式平臺主要有張力腿平臺、Spar平臺、FPSO和半潛式平臺。張力腿平臺由張力筋腱張力提供回復(fù)力，具有升沉運動小的特點，適用于干式采油樹，但隨著水深的增加，張力筋腱自身重力不斷增大，使得張力腿平臺的適用水深受到限制；Spar平臺由于本身構(gòu)造等原因，不適用于淺水和大型的整裝油田，一般用于深水邊際油田的開發(fā)；FPSO為浮式生產(chǎn)儲油船，其可變荷載大，抗風(fēng)能力強，適用水深范圍廣，可轉(zhuǎn)移重復(fù)利用等優(yōu)點；半潛式平臺甲板面積較大，由系泊系統(tǒng)提供回復(fù)力，穩(wěn)性較好，幾乎不受水深限制，適用范圍廣，但其升沉運動使得半潛平臺很難采用干式采油樹。 系泊系統(tǒng)是深海浮式建筑物不可缺少的組成部分。在海上工作的浮式建筑物不可避免會遇到隨機環(huán)境風(fēng)浪流甚至冰的荷載作用，從而使其在工作位置產(chǎn)生偏離，因此浮式結(jié)構(gòu)物一般都配備相應(yīng)的系泊系統(tǒng)使其具有良好定位能力，以保持儀器設(shè)備等運行環(huán)境的需要。不同的浮式結(jié)構(gòu)物在不同工作海域需有不同的系泊方案，如何設(shè)計一個安全又使平臺具有良好定位和保持能力的系泊系統(tǒng)就變得尤為重要。 課題研究的目的、學(xué)術(shù)價值： （1） 通過本畢業(yè)設(shè)計，對系泊系統(tǒng)設(shè)計的流程及包含的內(nèi)容有大致的了解，能夠?qū)Π霛撈脚_進行合理的系泊系統(tǒng)設(shè)計。 （2） 對系泊纜索的力學(xué)分析有初步的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，對系泊纜索的靜力學(xué)分析和動力學(xué)分析做出合理的比較，鍛煉學(xué)生分析問題的能力。 （3） 掌握專業(yè)軟件，熟練使用分析工具，幫助對系泊設(shè)計研究和驗證。 二、文獻綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)： 半潛式平臺具有相對投資少，適用水深范圍廣，甲板面積大，可變甲板荷載范圍廣，生產(chǎn)能力強，無需在海上安裝，安裝周期短，可以長期工作等優(yōu)點。目前半潛平臺主要由上部組塊、立柱、浮箱組成。上部組塊是必要的生產(chǎn)設(shè)備，對于鉆井平臺，上部組塊主要有井架，鉆井設(shè)備和生活組塊等組成，生產(chǎn)平臺則有采油樹（對于深吃水的半潛平臺采用干式采油）、油氣處理系統(tǒng)，生活組塊等等組成，一些生產(chǎn)平臺也會有井架存在，目的是為了修井方便或由鉆井平臺改造而來；平臺與浮箱連接的立柱，剖面較小，具有小水面的特點，平臺工作時，浮箱沉于水面以下，由于立柱具有較小的水線面，平臺工作時受到波浪作用的荷載較小，運動響應(yīng)較小，立柱與立柱之間的距離不僅使得甲板面積寬廣，而且使得半潛平臺具有較好的穩(wěn)性；浮箱用于提供上部平臺，系泊，立管預(yù)張力等所需的浮力，浮箱體積較大，具有良好的壓載系統(tǒng)，使得半潛平臺具有范圍較廣的可變甲板荷載，浮箱提供的浮力使得平臺與水面保持一定的氣隙，避免甲板上浪，從而影響平臺作業(yè)，；同時，由于波浪作用在半潛平臺時，尤其是當(dāng)波浪與半潛平臺尺寸接近時，會使兩浮箱向內(nèi)或向外運動，從而在立柱與平臺之間產(chǎn)生較大彎矩，一般在浮箱之間有必要的連接撐桿。平臺整體寬度較大，具有良好的穩(wěn)性，使得其具有良好鉆井和生產(chǎn)能力。 目前半潛式平臺已發(fā)展至第七代，作業(yè)水深在3000米左右，鉆井深度已達10000米，現(xiàn)今的半潛平臺一般配備有動力定位系統(tǒng)，具有一定的自航能力；設(shè)計要求愈加嚴(yán)格從以往的極端環(huán)境重現(xiàn)期一百年，逐漸提高到二百年，在一些情況下甚至要求可以抵抗千年一遇的極端環(huán)境；結(jié)構(gòu)形式逐漸趨于簡單化和大型化，半潛平臺由以往的三角形，六邊形，五邊形等變?yōu)楝F(xiàn)在固定矩形形式，立柱的個數(shù)也從以往的八立柱，六立柱、四立柱變?yōu)楝F(xiàn)在單一的四立柱，立柱的截面形式多為圓形或圓角方形；撐桿的數(shù)目也由以前14~20根變?yōu)楝F(xiàn)在的2~4根，有些半潛平臺甚至取消了撐桿，這些改變減少了節(jié)點的數(shù)量，從而降低了平臺的疲勞破壞的風(fēng)險，方便建造，降低了生產(chǎn)周期和建造費用；半潛平臺主體采用高強鋼，降低了結(jié)構(gòu)本身的自重和生產(chǎn)成本，提高了甲板可變荷載與結(jié)構(gòu)自重比，排水量與結(jié)構(gòu)自重比。“海洋石油981”平臺是我國自主設(shè)計建造的第六代深水半潛式鉆井平臺，由中國海洋石油總公司全額投資建造，耗資60億元，按照南海惡劣海況設(shè)計，可抵御重現(xiàn)期200年一遇的極端海況，最大作業(yè)水深達3000米，最大鉆井深度達10000米，平臺自重3萬噸，承重能力12.5萬噸，可變甲板荷載9000噸，配備DP3動力定位系統(tǒng)，刻在南海、東南亞、西非等深水海域作業(yè)，設(shè)計使用壽命30年。目前“海洋石油981”已完成陵水18-1-1、陵水17-2、陵水25-1、流花29-2-1、荔灣3-11井等處鉆井作業(yè)，2015年在孟加拉灣海域鉆井，完井深度達5030米，順利完成首次海外深水井鉆井作業(yè)。 半潛式平臺從投資成本，施工周期，適應(yīng)水深，工作地域以及工作年限等因素考慮都是比較好的選擇。半潛平臺主要有以下特點： （1）半潛式平臺的波浪運動響應(yīng)較小，作業(yè)穩(wěn)定性好。半潛式平臺工作時，浮箱下沉，水面與立柱接觸，半潛式平臺的立柱水線面小，使得其受到波浪作用較小；立柱之間的間隔較大，使得其鉆井作業(yè)穩(wěn)定，加之與半潛平臺相匹配的系泊系統(tǒng)和動力定位系統(tǒng)，使得半潛平臺具有全天候作業(yè)的能力。 （2）半潛式平臺的適用工作水深范圍廣。半潛式平臺屬于浮式結(jié)構(gòu)物，不同于固定式導(dǎo)管架平臺，其作業(yè)水深的增大不會帶來造價的劇增，因此工作適用的水深較廣。目前第七代半潛式鉆井平臺工作水深已達4000米，鉆井深度達15000米。 （3）半潛式平臺具有較大的甲板面積和可變甲板荷載。較大的甲板面積使得鉆井作業(yè)更為穩(wěn)定安全，較大的可變甲板荷載使得半潛式平臺具有更強的鉆井作業(yè)能力，目前半潛式平臺的可變甲板荷載可達10000噸。 （4）半潛式平臺具有可移動性。現(xiàn)今的半潛式平臺一般具有動力定位系統(tǒng)，因此平臺具有一定的自航能力。半潛式鉆井平臺在一個井口位鉆井完畢，即可自航或拖航到另一井口位，作業(yè)高效。 半潛式平臺由于其較優(yōu)良的性能，使得半潛平臺的應(yīng)用也日趨廣泛，半潛式平臺不僅可以用于鉆井采油等用途，還可以做鋪管船、起重船使用。近年來，為防止內(nèi)陸和沿海的環(huán)境污染，更是提出了利用半潛平臺建立離岸較遠的海上電場、海上核電站等，有些新的概念也得以提出運用，如用半潛平臺建造人工島等。使得半潛式平臺在加大海洋資源利用和海洋環(huán)境開發(fā)上都有非常重要的意義。 半潛式平臺在工作時，其浮心低于重心，在風(fēng)浪流作用下，自身不具有恢復(fù)力矩，因此半潛平臺的工作保障離不開系泊系統(tǒng)。 目前用于海上浮式建筑物的系泊系統(tǒng)多樣，按照系泊方式可分為懸鏈線系泊、懸鏈線錨腿系泊、單錨腿系泊、張力腿系泊和系纜樁-緩沖系泊等；按在水中鏈態(tài)情況可以分為懸鏈?zhǔn)较挡础霃埦o式系泊和張緊式系泊；按系泊力的提供方式分為被動式系泊、動力定位系統(tǒng)和推進器輔助系泊系統(tǒng)。被動式系泊是最為傳統(tǒng)的系泊方式，通常采用錨鏈或系泊纜繩將浮體與海底連接，由錨鏈和系泊纜來提供相應(yīng)的回復(fù)力；動力定位系統(tǒng)是一種自動控制的系泊系統(tǒng)，當(dāng)浮式結(jié)構(gòu)物在波浪等荷載作用產(chǎn)生運動時，控制系統(tǒng)根據(jù)運動的大小，使推進器產(chǎn)生一定大小和方向的推力，從而使浮式結(jié)構(gòu)物保持定位；推進器輔助系泊系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的被動系泊的基礎(chǔ)上配備相應(yīng)動力推進器來使浮式結(jié)構(gòu)物定位的系泊方式。按系泊點的個數(shù)又可分為單點系泊和分布式系泊，單點系泊系統(tǒng)常用于FPSO，單點系泊系統(tǒng)通過內(nèi)轉(zhuǎn)塔，外轉(zhuǎn)塔或者浮筒將FPSO系于一點，此時FPSO在外部環(huán)境的作用下，可繞該點轉(zhuǎn)動，從而具有“風(fēng)向標(biāo)”的作用，使得船首方向始終沿著浪流方向，從而減少FPSO對荷載的響應(yīng)。分布式系泊一般用于張力腿平臺、Spar平臺和半潛平臺。 一般來說，選用什么樣的系泊方式應(yīng)根據(jù)系泊力的大小、水深、纜繩的長度、海底地形等來確定。浮式結(jié)構(gòu)物工作環(huán)境在淺海，采用錨鏈構(gòu)成的懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)，但當(dāng)水深增加，錨鏈構(gòu)成的系泊系統(tǒng)的重量和造價不斷增加，因此在水深超過1000米，懸鏈?zhǔn)较挡床辉龠m用。深水浮式結(jié)構(gòu)的系泊系統(tǒng)，目前大多采用具有預(yù)張力的復(fù)合纜系泊，具有比較好的經(jīng)濟性能，拖運施工可行，更適合深海平臺的應(yīng)用。目前系纜的材料主要有四種[1]：全錨鏈系泊；采用全鋼纜的半張緊式系泊；采用尼龍纜的張緊式系泊；采用復(fù)合材料系泊纜系泊，如：錨鏈-鋼纜-錨鏈；錨鏈-尼龍纜-錨鏈。 半潛式平臺采用分布式系泊，系泊系統(tǒng)主要由四部分組成：導(dǎo)纜器、系泊纜、起鏈機和錨組成所示。系泊纜繩上端與平臺主體的導(dǎo)纜器相連，下端連接錨，用起鏈機來控制系泊纜的預(yù)張力。導(dǎo)纜器一般位于半潛平臺的浮心位置的水平面上，已獲得較大的回復(fù)力矩，錨根據(jù)海底的地質(zhì)地貌情況，可選擇抓力錨、樁基或者吸力錨，使系泊纜繩固定于海底。半潛式平臺可采用懸鏈?zhǔn)较挡矗部刹捎脧埦o式或半張緊式系泊，這和半潛平臺工作的水深有關(guān)。懸鏈線式系泊主要由錨鏈和系泊纜索組成，回復(fù)力主要是靠系泊纜索的自重提供，通常情況下懸鏈線式系泊會有一部分躺底段，當(dāng)平臺發(fā)生運動后，水下纜索的形態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，給結(jié)構(gòu)物提供的回復(fù)力也會發(fā)生變化；張緊式系泊一般采用復(fù)合纜進行系泊，回復(fù)力主要靠系泊纜發(fā)生形變提供，系泊纜工作一定時間會發(fā)生一定量的蠕變，因此需每隔一段時間通過絞輪機適當(dāng)收纜，在海底沒有所謂的躺底段，與懸鏈?zhǔn)较挡聪啾龋瑥埦o式系泊所用纜索密度小，便于運輸，同時系泊半經(jīng)較小，纜繩短，更適用于深海系泊。 為了保障浮式結(jié)構(gòu)物的安全和保障海上施工的進行，正確有效的進行海洋系泊系統(tǒng)計算分析至關(guān)重要。從材料屬性上來看，系泊纜索是一個完全撓性構(gòu)件，只能承受拉力，不能承受彎矩和剪力，在海洋波浪荷載下會產(chǎn)生明顯的動力響應(yīng)。為了進行有效準(zhǔn)確的分析，國內(nèi)外眾多專家對此進行了大量的研究。按照對系泊纜索單元是否考慮慣性力，將系泊系統(tǒng)的研究方法分為兩類：靜力學(xué)分析法和動力學(xué)分析方法。 靜力學(xué)分析方法在設(shè)計初級階段被廣泛應(yīng)用，靜力分析與動力分析相比較，靜力分析簡單有效，耗時較短，且具有一定的精度。它可以近似模擬系泊系統(tǒng)所受的恒定荷載條件，如結(jié)構(gòu)物的偏移、恒定海流的影響等，但靜力分析時，建立的靜力平衡方程沒有考慮與加速度相關(guān)的慣性力項等非定常項的影響，尤其當(dāng)外荷載的頻率與系泊系統(tǒng)的頻率接近時，結(jié)構(gòu)對外荷載的響應(yīng)將變得格外顯著。靜力學(xué)分析方法主要包括懸鏈線法和分段外推法。 懸鏈線法是最早提出的一種數(shù)學(xué)模型，懸鏈線法模型在推導(dǎo)時假定纜索在拉力作用下的伸長可以忽略，即不考慮纜索的彈性變形影響，同時，假定纜索的自重較大，相比流的作用力可以忽略不計。正是由于懸鏈線法在推導(dǎo)過程中引入了過多的假設(shè)，使得它的模型本身存在局限性，它很難研究考慮流速存在以及動態(tài)剛度變化等情況時的影響，但它求解方便，速度較快，并能保持一定的精度，可以有效地應(yīng)用于初步設(shè)計階段，能夠研究系泊纜索的內(nèi)外受力以及位置形態(tài)[2]。分段外推法是基于懸鏈線法推導(dǎo)基礎(chǔ)上考慮流荷載和彈性變形的一種方法，它可以適用于有躺底端的懸鏈線系泊分析，也可用于無躺底端的張緊式系泊的分析，同時，可以考慮海底斜坡地形，有浮筒情況以及多種材料系泊纜的靜力分析問題。 目前采用靜力分析方法相對動力分析方法，簡單有效，API規(guī)范[3]推薦在系泊系統(tǒng)初步設(shè)計時可采用擬靜力分析的方法進行分析，最終設(shè)計階段采用多種方法結(jié)合的方法進行分析。Reba和Hebert[4]利用懸鏈線理論分析了系泊纜張力與位移之間的關(guān)系；R.J.Smith et al [5]研究了系泊系統(tǒng)兩成分系泊纜索的懸鏈線方程，采用Lagrange方法進行迭代求解，將錨泊線的彈性考慮成單位質(zhì)量的不定性，并介紹了相關(guān)的四種求解方法；Y.T. Chai et al[6]基于懸鏈線公式研究了三維部分著地和完全懸垂的多條錨泊線問題,所研究的方法可以處理有斜坡情況下與海床的相互影響，結(jié)果具有一般性。余龍和譚家華[7]對復(fù)合型系泊纜索進行研究，提出了適合多點系泊系統(tǒng)的分析方法。閆俊等[8]針對由三段浮容重、剛度和長度都不相同的鏈索和浮筒組合而成的復(fù)合錨鏈系統(tǒng)，應(yīng)用分段外推法進行靜力分析，研究結(jié)果為深水懸鏈?zhǔn)藉^泊系統(tǒng)設(shè)計提供了一些參考。 動力學(xué)分析方法目前比較成熟的研究方法主要是集中質(zhì)量法和細長桿理論模型。集中質(zhì)量法是將水下纜索這種細長的撓性構(gòu)件視為有限個彈簧質(zhì)量單元，這些單元在節(jié)點位置以鉸接的方式連接，不考慮系泊纜索的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，流等外力荷載作用于單元的節(jié)點上，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)達朗貝爾原理得到各個節(jié)點的運動微分方程，來模擬整個系泊纜索的特性。目前集中質(zhì)量法廣泛應(yīng)運于拖曳纜索和系泊錨鏈的動力性能分析。Huang Shan[9]通過集中質(zhì)量法研究提出了三維系泊纜動力分析模型，準(zhǔn)確的模擬了系泊纜應(yīng)力突變狀態(tài)；程楠[10]采用三維集中質(zhì)量法建立了深海系纜模型，計算系纜的構(gòu)型和張力，研究了深海Spar平臺系泊纜索張力的突變規(guī)律，得到了一些有意義的結(jié)論；王磊[11]基于集中質(zhì)量法模擬了浮標(biāo)錨投放以及工作時纜索的受力情況，對于海洋觀測技術(shù)提供了借鑒；劉遠傳[12]基于三維集中質(zhì)量法在OpenFOAM工具箱，開發(fā)了船舶與海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,并詳細闡述了三維集中質(zhì)量法的數(shù)值分析方法；目前較為廣泛使用的Orcaflex系泊系統(tǒng)專業(yè)計算軟件，正是基于集中質(zhì)量法編制的[13]。 細長桿理論假定構(gòu)件可以具有任意形狀，并且構(gòu)件是可變形的，最初該模型是由Garrett在經(jīng)典細長桿理論基礎(chǔ)上提出的，最初細長桿理論假定構(gòu)件變形前后微段弧長不變即具有不可伸長的特性[14],而后Mullarkey在Garrett理論的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展細長桿理論，考慮了細長桿微段的伸長特性?；诳缮扉L的細長桿理論，Ma and Webster開發(fā)了三維整體坐標(biāo)系下的海洋撓性構(gòu)件數(shù)值分析程序CABLE3D，不過該程序并沒有考慮海底對于系泊纜索的摩擦效應(yīng)[15]。其后Chen and Zhang 在不可拉伸彈性細桿理論上，并考慮海底邊界條件對系泊纜索的摩擦，推出了Modified Cable3D 程序[16]。目前細長桿理論日趨成熟，眾多學(xué)者利用該理論解決一系列的問題，馬剛[17]基于彈性細桿理論對深海立管和系泊線動力學(xué)模型進行了研究，解決了懸鏈線模型中動態(tài)剛度問題以及結(jié)構(gòu)極端細長引起的幾何非線性問題；唐友剛，張若瑜等[18]采用細長桿理論模型很好的模擬深海聚酯纜的力學(xué)性能，得到了深海系泊纜的動張力變化規(guī)律和力學(xué)特性；Ormberg and Larsen 基于細長桿理論對內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO的動力耦合進行了分析，介紹了耦合分析和不耦合分析對運動響應(yīng)的影響[19]。細長桿模型是在三維笛卡爾整體坐標(biāo)系下建立的，可以對任意空間形狀的構(gòu)建進行分析，分析簡便，具有較廣的應(yīng)用前景。 參考文獻： [1] 向溢，譚家華 碼頭系泊船舶纜繩張力的混沌解法[J],武漢理工大學(xué)學(xué)報 [2] 余龍，譚家華 深水中懸鏈線錨泊系統(tǒng)設(shè)計研究進展中國海洋平臺2004.6 24-28 [3] API Recommended Practice 2SK Third Edition for Design and Analysis of station keeping Systems for Floating Structures. 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Applied Ocean Research 20(1998)55-67 三、研究內(nèi)容 1． 學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題（或技術(shù)） 學(xué)術(shù)構(gòu)思與思路主要如下： 對半潛式鉆井平臺進行系泊系統(tǒng)設(shè)計，需要有明確的半潛平臺模型，首先根據(jù)已有平臺在SESAM軟件的GeniE模塊中進行建模，依據(jù)API規(guī)范，選取合理的環(huán)境參數(shù)，在SESAM軟件中的HydroD模塊中計算相應(yīng)的水動力參數(shù)，以這些水動力參數(shù)作為輸入，利用SESAM軟件中DeepC模塊進行耦合動力學(xué)分析，結(jié)合API規(guī)范，進行強度校核和定位校核，給出合理的系泊設(shè)計方案，然后改變系泊纜索的位置參數(shù)，進行一定的優(yōu)化。通過學(xué)習(xí)現(xiàn)有的研究理論，基于靜力分析和動力分析方法，對系泊纜索進行研究，并以SESAM軟件中某一纜索的頂端節(jié)點位移時程作為已知邊界條件，進行張力分析，并與SESAM軟件計算的結(jié)果進行對比。 主要研究內(nèi)容及擬解決的問題： （1） 依靠SESAM軟件進行系泊系統(tǒng)設(shè)計和強度分析。在SESAM軟件的GE模塊中，建立水動力計算模型，生成T*.FEM文件，該文件包含半潛式鉆井水動力計算所需的幾何信息；在HydroD模塊中計算結(jié)構(gòu)物的波浪荷載和運動相應(yīng)，生成相應(yīng)的G*.sif文件，該文件包含有結(jié)構(gòu)物的重量、附加質(zhì)量、流力和風(fēng)力系數(shù)，一階波浪誘導(dǎo)運動的傳遞函數(shù)和波浪漂流力系數(shù)數(shù)據(jù)；在DeepC模塊中進行系泊與結(jié)構(gòu)物的耦合動力分析，提取關(guān)鍵點的張力和位移時程信息，驗算系泊系統(tǒng)強度是否滿足要求，驗算平臺的水平偏移能否滿足鉆井作業(yè)要求。 （2） 系泊系統(tǒng)纜索屬于撓性構(gòu)件，不能承受剪力和彎矩，調(diào)研現(xiàn)今的系泊纜的分析理論，包括靜力學(xué)分析理論和動力學(xué)分析理論，對一條系泊纜索做數(shù)值模擬，模擬的結(jié)果與SESAM軟件計算的結(jié)果作對比，驗證數(shù)值方法的正確性。 2． 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析 研究方法： （1） 查閱文獻，查閱現(xiàn)今系泊纜索的分析理論，為數(shù)值模擬程序的編寫做準(zhǔn)備；查閱系泊系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，包括環(huán)境條件的選取、分析方法、校核方法等，為驗證系泊系統(tǒng)的合理性提供評判標(biāo)準(zhǔn)。 （2） 借助SESAM軟件專業(yè)的分析工具，計算系泊系統(tǒng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，與設(shè)計規(guī)范對比，驗證系泊系統(tǒng)設(shè)計的合理性。 （3） 基于MATLAB軟件語言，對系泊纜索的數(shù)學(xué)模型進行求解，在利用SESAM軟件來驗證編寫程序的正確性。 技術(shù)路線： 主要分為以下幾個步驟： （1） 查閱文獻，掌握和了解系泊系統(tǒng)設(shè)計所需的必要數(shù)據(jù)和判斷標(biāo)準(zhǔn)。 （2） 總結(jié)現(xiàn)今系泊系統(tǒng)的分析理論，并編寫相應(yīng)的程序，進行簡單的數(shù)值算例驗證。 （3） 根據(jù)查找得到的數(shù)據(jù)，給出初步的系泊設(shè)計方案，利用SESAM軟件對系泊設(shè)計方案進行計算，并與文獻設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)進行對比，驗算設(shè)計是否合理。 （4） 對系泊系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)進行有目的的改變，進行相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化。 實施方案： （1） 查閱的文獻包含具有權(quán)威性的設(shè)計規(guī)范，本次畢業(yè)設(shè)計采用的規(guī)范是API規(guī)范；系泊纜索分析理論，查閱了具有影響度較大的中英文文獻，保證系泊設(shè)計的合理性和理論學(xué)習(xí)的正確性。 （2） 總結(jié)理論分析，對靜力學(xué)分析和動力學(xué)分析，進行公式的推導(dǎo)，依據(jù)得到的數(shù)學(xué)表達式，借助現(xiàn)今許多的數(shù)值計算方法進行求解，依托MATLAB軟件編寫求解程序，分析數(shù)值算例與專業(yè)的SESAM軟件計算結(jié)果做比較，驗證理論理解的正確性。 （3） 根據(jù)API規(guī)范，選擇設(shè)計環(huán)境數(shù)據(jù)包括設(shè)計風(fēng)、浪、流等環(huán)境數(shù)據(jù)，利用SESAM軟件的GE模塊輸出T*.FEM文件，在HydroD模塊中進行水動力計算，得到包含有結(jié)構(gòu)物質(zhì)量、附加質(zhì)量、流力和風(fēng)力系泊、RAO等數(shù)據(jù)的G*.sif文件，在DeepC模塊中進行耦合動力學(xué)分析，提取平臺危險點的張力時程信息和系泊點的水平位移信息，參考API規(guī)范，驗證系泊方案的合理性。 （4） 在設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，改變錨泊點的位置，提取相應(yīng)的節(jié)點的系泊張力和頂端的位移，依此為評判依據(jù)，進行優(yōu)化設(shè)計。 可行性分析： （1） 指導(dǎo)老師學(xué)識淵博，負責(zé)國家自然科學(xué)金項目，在流固耦合等方面有許多研究成果，對學(xué)生認(rèn)真負責(zé)，能夠很好的指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。 （2） 目前的分析理論比較成熟，自身對本科專業(yè)的學(xué)習(xí)能夠理解本次畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)理論，自身參加過許多科研項目比賽，大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽獲山東省一等獎，大學(xué)生船舶與海洋工程設(shè)計大賽全國三等獎，兩次參與了SRDP項目，能夠完成程序編寫和理論學(xué)習(xí)等任務(wù)。 （3） 目前商用軟件等日漸成熟，求解能力強大，可以有效幫助自身完成數(shù)值計算分析工作。 （4） 中國海洋大學(xué)圖書館電子書籍眾多，可滿足文獻查閱的需求。 四、論文（設(shè)計）進度安排 起止時間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第一周 搜集相關(guān)資料，熟悉規(guī)范 搜集到半潛式鉆井平臺的主要尺度，明確設(shè)計內(nèi)容 第二周 熟悉SESAM/GeniE模塊 建立半潛式平臺的有限元模型 第三～四周 熟悉SESAM/HydroD、DeepC模塊 計算得到半潛式平臺的水動力學(xué)參數(shù)進行系泊設(shè)計分析 第五周 整理分析結(jié)果 完成初步設(shè)計任務(wù)書進行相應(yīng)的系泊系統(tǒng)優(yōu)化 第六～九周 學(xué)習(xí)系泊纜索的基礎(chǔ)理論 編寫相應(yīng)的程序進行數(shù)值驗證 第十~十一周 撰寫論文，答辯 按要求撰寫論文，通過答辯 五、審核意見 導(dǎo)師意見 導(dǎo)師簽字: 年 月 日 所在專業(yè)意見 專業(yè)負責(zé)人簽字： 年 月 日 注：1、表格不夠可加附頁。 11