深水浮式平臺原型測量方法與監(jiān)測技術研究.pdf

1、浮式平臺是深水油氣資源開發(fā)中重要的海洋工程裝備。對浮式平臺結構分析與設計驗證方法的研究，是我國突破深海開發(fā)技術瓶頸，實現(xiàn)深水平臺概念、基本與詳細設計能力的基礎。
　　利用服役結構進行原型測量，能夠獲得真實的環(huán)境荷載與結構響應信息，既可以用于被測結構的設計驗證，又可以作為現(xiàn)場試驗結果為同類結構設計提供參考。利用原型測量方法可以突破由深水浮式平臺的概念結構形式、環(huán)境荷載表征和失效模式的不明確性，而引發(fā)的傳統(tǒng)數(shù)值仿真和水池試驗方法的局限

2、性。因此，原型測量已經成為深水浮式平臺結構分析和設計驗證的重要方法。由于深水浮式平臺結構復雜、應用環(huán)境惡劣，原型測量通常難以獲得完備的測量信息。同時，大量常規(guī)測量手段并不適用于深水環(huán)境荷載和浮體響應的原型測量，對于水下結構更是缺乏相關的測量方法和測量系統(tǒng)。目前原型測量依然有很多方法上和技術上的難點亟待解決。
　　為此，本論文利用我國現(xiàn)役的一座多點系泊的半潛式浮式平臺開展了針對深水浮式平臺的原型測量與分析研究。針對深水浮式平臺原型測

3、量方法與現(xiàn)場實施監(jiān)測技術開展了研究。本文主要研究內容包括:
　　(1)面向深水浮式平臺結構分析與設計評價的原型測量方法。
　　合理的測量參數(shù)、測量原則和測量方法是有效的開展深水浮式平臺原型測量的前提。依據(jù)深水浮式平臺設計流程與北海浮式平臺失效事故的多年統(tǒng)計結果，總結了深水浮式平臺主要的失效模式，以此提出了原型測量信息。并根據(jù)浮式平臺設計規(guī)范中定義的環(huán)境參數(shù)荷載化模型和結構響應分析需求，討論了被測信息的測量需求。依此，考慮深水

4、浮式平臺應用環(huán)境與結構特點，設計了以INS/DGPS，傾角儀/加速度儀的多種響應/頻率/幅值的測量方法。另外，為了實現(xiàn)對深水系泊系統(tǒng)的測量，基于系泊系統(tǒng)的集中質量模型，改變了以浮體運動作為運動方程邊界條件的傳統(tǒng)求解方法，以系泊纜姿態(tài)變化作為分析系泊纜動態(tài)張力的求解條件，以此提出一種系泊系統(tǒng)的水下原型測量方法。最終發(fā)展了包含環(huán)境荷載、浮體運動和系泊系統(tǒng)參數(shù)的深水浮式平臺原型測量系統(tǒng)。
　　(2)面向原型測量現(xiàn)場應用的監(jiān)測技術。

5、>　　為了在深水浮式結構上實現(xiàn)原型測量，對基于電子、機械和計算機等多學科交叉的現(xiàn)場監(jiān)測技術開展了研究。為了實現(xiàn)水下結構信息的測量，開展了基于自容式技術的水下測量裝置研究，開發(fā)了低功耗的水下測量設備;為了實現(xiàn)海量信息同步采集與存儲，開展了基于多層網絡技術的原型測量系統(tǒng)軟硬件集成技術研究，建立了基于智能監(jiān)測節(jié)點和監(jiān)測站的集成監(jiān)測系統(tǒng);為了實現(xiàn)極端荷載天氣下的原型測量，對基于遠程傳輸技術和獨立供電技術開展了研究，建立了IRMS系統(tǒng)。
　

6、　(3)原型測量系統(tǒng)在“南海挑戰(zhàn)號”FPS的現(xiàn)場應用。
　　為了驗證原型測量系統(tǒng)的合理性和可行性，針對我國南海一座半潛式浮式平臺“南海挑戰(zhàn)號”FPS，設計并建立了現(xiàn)場原型測量系統(tǒng);基于監(jiān)測技術，開展了長期的原型測量，獲得了大量實測資料并完整記錄了多次臺風過程的完整信息。
　　(4)基于原型測量信息的深水浮式平臺設計參數(shù)分析與評價。
　　利用實測信息，對深水浮式平臺設計中的抗風設計參數(shù)、結構RAOs參數(shù)和系泊系統(tǒng)參數(shù)開展

7、了分析與評價。通過臺風與季風條件下在不同高度測量得到的風參數(shù)信息，基于非平穩(wěn)模型對南海強風環(huán)境下的抗風設計參數(shù)開展了分析，獲得了基于實測結果的湍流度、剖面系數(shù)和脈動風譜等抗風設計參數(shù);利用實測波浪信息開展了被測海域波浪譜模型的擬合，通過實測的浮體響應譜開展了實測響應幅值算子擬合，進而獲得了被測結構的實測RAOs信息，依此開展了浮體結構響應設計評價;基于水下測量系統(tǒng)的實測結果，在頻域內開展了臺風天氣下系泊纜動態(tài)響應狀態(tài)與波浪激勵和浮體運動