水下生产系统数据库研究

随着海洋石油工业技术的发展和海上油田水深的增加，水下生产系统已越来越受到世界各国的重视，并已被纳入世界各大石油公司的重要发展战略。在国内，水下生产系统的研制和开发尚仍属起步阶段，急需系统、全面的数据资料供相关人员查阅。为此，水下生产系统数据库首次被提出并实现。本数据库通过搜集汇总采油树、水下工艺设施、水下接头、控制系统、常用材料、工程公司、项目案例等7个方面的国内外最新相关数据资料，同时进行合理的编排、分类以及整理，最终以网页形式浏览查询。该数据库包含有水下生产系统的构成、各部分的技术要点、主要供应商、设计服务以及建造安装服务的专业公司、成功应用的案例以及成本预算等信息，为相关人员进行水下项目的可行性分析以及技术决策提供了全面、系统的数据支持。     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

浮式平台水下电缆（立管）快速解脱及存储技术研究

以流花11—1平台生产立管系统解脱为例,介绍平台立管系统解脱的新方法及创新技术。提出新的施工方案,并将电缆密封装置、电缆（立管）防弯等新技术引入到施工中,使得电缆（立管）解脱所花的时间较常规方法缩短一半以上。     

海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究

海洋平台立管是其生产系统的主要组成部分,立管系统的动力学特性直接影响生产平台的稳定性和安全性,针对海洋平台立管系统动态响应特性的数值分析显得尤为重要。本研究以凝集参数时域分析法对海洋平台立管系统进行三维仿真模拟,用四阶Runge--Kutta法进行积分求解,分析惯性坐标系下海洋平台立管系统的动态响应。     

水下清管系统现状

介绍了两种清管系统:单程清管系统和环路清管系统.通过国外一油田,分析了水下清管系统基本结构、基本原理和安装方法,提出了清管系统设计中的关键问题.     

小型开架式水下机器人水动力特性仿真研究

  目的  旨在分析研究水下机器人水平面轨迹跟踪的问题。  方法  首先,基于水下机器人平面轨迹跟踪控制目标对机器人系统三自由度运动方程进行推导;然后,通过STAR-CCM+和ANSYS AQWA软件分别获取机器人阻力项参数和附加质量项参数,并结合机器人自身动力配置条件、计算所得的水动力参数,基于反步法和滑模控制技术对其进行控制策略设计;最后,使用该控制策略针对机器人水平面线性运动轨迹和非线性运动轨迹在Matlab/Simulink平台进行轨迹跟踪仿真计算。  结果  结果表明：水下机器人能够针对上述两类运动轨迹实现较好的跟踪效果,且螺旋桨推力变化平缓。  结论  所设计的控制器可以使水下机器人快速跟踪目标运动轨迹,并保持较好的持续跟踪效果。     

水下运动物体在相互接近过程中的水动力计算

用面元法计算了两个水下物体在相互接近过程中对水动力的影响，给出了水动力系统系数随物体间距离的变化曲线。该计算程序经对圆球的计算值与试验值比较了得到了验证。本研究对水下双潜器的近距离协同作业和潜器在接近障碍物过程中的运动控制能够提供较好的数学模型。     

新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构.通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比.结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性.     

新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构。通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比。结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性。     

和畅洲水道深水潜堤施工过程引起的水动力变化

和畅洲水道拟在北汊修建潜堤的位置水深流急,施工难度大。通过建立三维水动力数学模型,计算分析拟建上游潜堤逐步抬高施工过程的不同阶段中潜堤附近水流结构的变化情况。结果表明:施工过程中潜堤附近局部水面比降最大达3‰;随着施工过程的推进,深槽主流流速及流速梯度逐渐增大,对堤前流速影响主要在30 m范围以内,最大垂线平均流速和表面流速分别为1.85、2.1 ms。研究成果可为和畅洲大水深施工过程中可能遇到的局部水动力变化导致的施工措施的调整提供参考,以提高施工精度。     

海上风力发电平台概念设计及系泊系统特性研究

为实现海上风力发电平台工作状态的准确预报,本文采用有限元软件建立浮式风力发电平台三维模型,完全时域耦合分析在不规则波作用下,浮式风力发电平台动力响应特性.通过时域结果对比分析可知,在风浪流同向作用下,浮式风力发电平台的运动响应幅值及系泊缆索顶端张力最大.通过运动响应时间历程曲线可知,横荡运动和横摇运动表现为低频特性,垂荡运动表现为波频特性,以上研究成果可为浮式风力发电机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验提供一定参考.     

不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性.试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能.     

不同护面块体潜堤的消浪特性试验研究

以斜坡式潜堤为研究对象,通过物理模型试验的方法,选取相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素的变化对潜堤消浪特性的影响进行了研究。首先,分析了在规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数影响程度,同时给出了波浪在潜堤附近传播时沿程波高变化情况。其次,采用与规则波相同的研究方法,分析了在不规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数的影响程度,并给出了波浪在潜堤附近的沿程变化情况。     

顶张力对深水刚性立管涡激振动及疲劳损伤的影响

分析讨论顶张力对深水刚性立管在剪切流中的涡激振动响应和疲劳损伤的影响。从理论上分析张力对刚性立管固有特性的影响,并利用OrcaFlex软件建立数值模型,模拟不同顶张力系数下立管于剪切流中的涡激振动响应,同时采用S-N曲线法计算立管疲劳损伤。结果表明,顶张力对立管的影响直接体现在刚度上,立管刚度随着张力的增大而增大,因此顶张力对降低立管疲劳损伤有一定积极作用。但是随着顶张力的增大,其对降低疲劳损伤的贡献越来越小,而对立管强度储备的危害却逐渐增大。     

不同浸没深度下水平圆柱体的水动力特性试验研究

顺应式的漂浮柔性圆柱型结构物,如深海养殖结构物的浮圈结构、波浪能发电装置的浮体部分等,大多是部分浸没的。目前,学术界和工程界对部分浸没圆柱的水动力特性了解甚少,也使这些新型结构物在设计和分析时面临着一系列的困难。文章利用在拖曳水池中对水平圆柱进行强迫振荡的试验方法,研究了不同浸没深度的水平圆柱体在流、波浪以及波-流耦合作用下的水动力特性,获得了拖曳力系数和附加水质量系数在不同浸没深度下与Reynolds数、KC数和Vr的关系。通过研究发现:(1)在纯流作用下,由于自由液面的存在,超过半浸没的圆柱体的拖曳力系数在超临界范围内将大于全浸没圆柱;(2)在波浪作用下的半浸没圆柱的水动力系数完全不能等同于全浸没圆柱的一半来进行考虑;(3)流的存在对水动力系数的影响比较显著,会导致惯性力系数的增大。     

张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响研究

本文针对带液压气动式张紧器的顶张式立管,综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的张力-冲程非线性关系、立管的真实截面布置以及采油树的作用,建立更加符合工程实际的三维有限元分析模型,并通过与实验结果对比验证了该模型的正确性。基于该有限元模型,研究了张紧器的结构参数对顶张式立管动力响应的影响。结果表明:活塞和活塞杆的直径以及高压气体的初始压强对立管的动力响应影响最大;低压气体的初始压强以及液压气柱和立管之间的夹角对立管的动力响应也有重要影响;在相同的环境条件下,高压气体和低压气体的初始体积对立管的动力响应的影响较小。     

波浪作用下海洋立管试验研究及ANSYS数值模拟

海洋立管在石油工业生产中有着非常广泛的应用,同时也是薄弱易损的构件之一。立管管内有高温高压的流体流过,管外承受海洋环境荷载尤其是波浪荷载的作用,受力比较复杂。由于中国大部分的海上油田水深都比较浅,所以重点研究浅水中的海洋立管。运用相似理论将实际立管模型缩放为试验模型,在管内流体流动及管外波浪荷载作用下,测量立管动力响应,并与Ansys有限元数值模拟结果进行了比较。     

深水钢悬链立管J型铺设研究

J型铺管法具有先天的深水适应性,已广泛应用于深海水域的管道铺设作业,而我国对深水管道J型铺设的研究仍处于起步阶段。本文以作为深水开发首选立管形式的钢悬链立管为研究对象,应用Orcaflex软件对立管J型铺设过程做动态分析,校核内容包括最大弯曲应力、最大等效应力及有效张力。将铺管过程分3个阶段进行立管J型铺设强度分析,得到立管受力最大铺设阶段。针对受力最大阶段,进行立管作业窗口分析,得到满足立管使用条件的环境参数。本文所开展的深水钢悬链立管J型铺设研究对推进我国深水铺管技术的发展具有实际工程意义。