等效水深截断系统优化设计研究

世界范围内海洋油气开采正在向500～3000m的深海进军．然而，对深海全水深系统进行模型试验相当困难：目前世界上没有一家水池有足够的空间可以在常规缩尺比下容纳一个工作在1000～3000m之间的完整的顺应式系泊浮式生产系统．面对该挑战，目前看起来最可行的就是所谓的混合模型试验技术．应用该技术的首要工作就是设计等效水深截断系统．我们研究了深海平台混合模型试验方法的优化设计问题．研究过程中，主要考虑了截断水深和全水深系统的静力特性相似．将截断水深和全水深系统静力特性相似程度的数值作为目标函数建立了等效水深截断系统优化设计数学模型．通过选择适当的设计准则，可减少截断水深和全水深系统之间的动力特性差异．为计算系泊系统的静力特性，采用四阶龙格一库塔法来求解单根锚泊线的静力平衡方程．当单根锚泊线的静力特性计算出来后，总系泊系统的静力特性可以用拉格朗日插值方法计算出来．建立了锚泊线材质数据库，以锚泊线材质名和直径作为关键字．选用经过改进的混合离散变量模拟退火法和离散复合形法来进行优化计算．采用C＋＋语言基于面向对象方法开发了计算机程序．具体优化计算时，先分别用两种优化法计算出相应的结果，然后选取较好的一个作为最终结果．为考察开发出的计算机程序，文中以一个工作水深为320m的10万吨内转塔式系泊FPSO为例进行了等效水深截断系统优化设计计算，截断水深选为160m，并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验，比较两者的试验结果发现，该文的截断系统设计是成功的．作者将结合一个具体实例对以前发表的关于深海平台混合模型试验方法的论文进行总结．