基于实测数据的半潜式平台贝叶斯模型修正方法研究

随着半潜式平台的长期海上服役,平台的基本设计参数会发生变化,如仍基于原始设计参数对平台进行分析将影响结果的准确性。本文以半潜式平台服役中易发生变化的基本参数(平台排水量、重心高度和三个自由度回转半径)作为修正参数,以平台横摇、纵摇和垂荡自由度的方差和波频功率谱密度构建目标函数,建立可依据实测数据的半潜式平台贝叶斯参数修正方法。以我国某半潜式平台实测数据为例,开展平台的参数修正研究,并基于修正后的参数对平台多年一遇环境荷载下的响应进行对比评估。

局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

激光清洗技术在半潜式平台分层除漆中的应用

应用1064 nm纳秒脉冲光纤激光器对半潜式平台零部件分层除漆进行研究,探究不同激光工艺参数对分层除漆效果的影响。结果表明,填充间距对分层除漆效果影响显著,除漆参数存在最佳匹配,最佳参数可实现漆层以底漆、中涂漆、面漆之间层次距离约1 cm,以破损点为中心清理出清晰的台阶结构,且激光清洗后基材无烧蚀和氧化变色,表面等级可达Sa2.5。激光除漆前后基材表面粗糙度均在20μm左右。对激光除漆过程进行温升检测,发现除漆过程基材温升为60~65℃,此温升不会改变基材组织结构。因此,激光用于半潜式平台分层除漆是可行的。所作研究为激光清洗在海洋工程领域的应用提供基础。

基于推进器偏置的半潜式平台动力定位模型试验研究

半潜式平台在进行动力定位作业时,由于其水线面面积较小而初稳性高较低,其垂向运动(横摇、纵摇、垂荡)易受到推进器法向力作用的影响。基于此,提出一种基于推进器偏置的推力分配模式,旨在合理利用推进器的法向力抑制平台垂向运动,而不影响平台水平面定位功能。在海洋工程水池开展半潜式平台的动力定位模型试验,对比和分析不同载荷工况及推进器偏置模式下平台的六自由度运动响应。结果表明,推进器偏置策略能够基本保证水平面定位精度,并显著减小平台垂向运动在其固有频率附近的响应幅值,在该试验工况下,功率谱密度(PSD)峰值减小高达54.7%,对波频区间的运动影响则较小。该研究结果可为半潜平台垂向运动抑制提供新思路。

半潜式平台组块龙门吊吊装计算方法分析

半潜式平台组块和船体合拢时,组块龙门吊吊装工况吊绳力存在按组等额分配特点,每根吊绳单元独立模拟的传统组块吊装计算方法已经不能适用。以国内首座深水半潜式生产平台为例,应用海上结构设计分析软件SACS,结合组块吊装模型和组合荷载,详细介绍吊绳单元的模拟与边界条件的设置,并将吊绳力的计算结果与工程实测数据相比较,证明吊绳力树式逐级平衡的改进方法相较于传统方法的合理性和优越性。

基于MPS方法的固定半潜式平台波浪爬升数值模拟

在波浪与半潜式平台相互作用的情况下,波浪会沿着平台立柱爬升,并对平台立柱产生砰击作用。在极端情况下,波浪甚至可能砰击至平台下甲板,严重影响平台的安全。因此,对于半潜式平台设计来说,准确预测平台在波浪中的波浪爬升和砰击效应具有重要意义。采用无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU对波浪作用下的固定半潜式平台问题进行了数值研究,将MPS(moving particle semi-implicit)方法与GPU(graphics processing unit)并行加速技术相结合,并将其应用于规则波作用下的固定半潜式平台波浪爬升与波浪砰击问题的数值模拟。3种不同波高的规则波波浪被应用于半潜式平台数值模拟中,随着波高的增加,平台下甲板更多区域受到了波浪的砰击,同时平台设置的测压点处压力峰值也随之增大。

半潜式平台关键结构选取及疲劳寿命计算

以南海某半潜式平台为研究对象,基于SESAM软件建立有限元模型,计算平台整体结构强度,筛选应力集中区域作为疲劳计算的关键区域。选取截面特征载荷,计算剖面载荷处的运动响应和长期预报幅值。在GeniE模块中,用SET分组的形式建立局部模型代替Submod模块使用的子模型计算,并对关键区域细化网格。在Stofat模块中计算节点处的疲劳损伤,根据S-N曲线计算疲劳寿命。结果表明,在平台关键区域1和区域2的节点疲劳损伤较大、寿命较短。因此,在半潜式平台服役期间,需要对关键结构部位进行定期检修和维护,以保证平台可正常运营。

增大立柱对DeepCwind半潜式平台影响研究

针对平台结构形式对半潜式平台的影响,关注增大立柱时的平台水动力性能变化情况,针对当前国际流行设计DeepCwind半潜式平台,进行增大立柱的结构改变。基于三维势流理论,利用AQWA对2种平台进行规则波的频域分析。并考虑在一定的风浪流联合作用下的环境条件,对其进行时域分析。对其两者计算结果对比分析发现:增大立柱后,频域分析下的横荡和横摇、首摇自由度峰值提前且增大,高频段趋于一致,纵摇自由度在低频略低于原DeepCwind平台,而纵荡和垂荡方面相差不大。一定环境条件下的时域分析发现,增大立柱有利于抑制垂荡、纵摇两自由度方向的运动。

应力宽带特征下的半潜式平台疲劳可靠性评估

在海洋平台疲劳损伤计算时存在着大量不确定因素,使用确定性方法进行疲劳评估具有局限性。考虑到计算的简便性,常规疲劳可靠性分析方法是基于窄带分布推导出的,与实际海况下热点应力的宽带特征不符。为使评估结果更合理,给出一种基于宽带应力的疲劳可靠性评估方法,以南海某半潜式平台为例进行时变疲劳可靠性指标计算,验证了该方法的适用性和可行性。

半潜式平台系泊索疲劳可靠性评估

针对南海某半潜式平台系泊系统,基于AQWA软件对该平台及其系泊系统进行建模和水动力计算,采用疲劳可靠性计算原理对该平台的系泊索疲劳可靠性进行分析,主要研究系泊索疲劳可靠性对系泊系统布置形式、腐蚀及磨损的敏感性。结果表明:在该半潜式平台服役周期内,其系泊索疲劳可靠性较高;与悬链式系泊系统相比,张紧式系泊系统的疲劳可靠性更高;腐蚀及磨损会造成钢链强度的持续衰减,进而导致系泊索疲劳可靠性剧烈下降。分析结果可对类似半潜式平台的系泊索疲劳可靠性评估工作提供一定的参考。

深水半潜式平台极限状态强度分析研究

海洋油气资源的安全保障是能源安全的重要基础,近年来,海洋油气不断向深水迈进,深水半潜式平台作为深水油气作业的重要生产装备,在深水的应用范围、频率逐渐增多。为保证极端环境工况下,半潜式平台主体结构强度安全。本文通过建立深水半潜式平台有限元模型,基于工况组合形式,提出极限强度评估技术,并以南海某平台为目标,采用此评估技术进行极限强度的评估,得到半潜式平台整体强度和屈曲分析校核结果,以期为半潜式平台整体结构的快速强度安全校核提供有力依据。

基于特征选择的半潜式平台故障信号探究

“蓝鲸2号”第七代深水半潜式钻井平台,其工作环境恶劣且远离港岸,故保障平台的平稳运行和安全是重中之重。该平台电力系统警报信号特征种类众多、特征重要程度模糊,仅利用单分类器方法无法准确划分故障警报信号,因此,引入集成学习算法并结合特征选择技术,提出基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)的Bagging-AdaBoost分类模型(SRBA),用于解决多特征分类问题。结果显示提出的SRBA集成学习算法综合分类正确率达96%,在分类精度上优于Bag⁃ging、AdaBoost、Bagging-AdaBoost分类器对比模型,该方法具有较高的稳定性和分类准确度,是一种更为有效的分类手段。

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明:NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer,TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。

系泊缆破断对半潜式平台水动力性能影响的试验研究

系泊缆破断是浮式平台系泊系统设计的关键因素。本文针对系泊缆破断对半潜式平台水动力性能影响的问题,对一半潜式平台开展模型试验,研究在极端海况下,平台在系泊系统完整与系泊系统破断工况下的系泊缆载荷,以及平台运动和波浪爬升响应差异。试验结果显示,系泊缆破断会造成邻近系泊缆张力均值增加;平台发生大范围水平偏移;在0°载荷方向下,平台纵摇固有频率会发生偏移;在90°载荷方向下,平台迎浪侧波浪爬升高度发生明显变化。研究结果可为半潜式平台的设计与验证提供参考,从而保障平台安全。

半潜式平台纵摇运动高阶谱分析

为了获取半潜式平台纵摇运动特征,系统地开展不同海况条件下的模型试验,并分析海况条件对纵摇运动的影响规律。本文在建立和完善高阶谱分析流程的基础上,通过对波高时历和纵摇时历进行互谱和交叉多谱分析来获得纵摇运动的线性传递函数和二次传递函数。结果表明:线性传递函数与海况关系不大,二次传递函数与海况密切相关;二阶传递函数主要集中于差频为固有频率附近,随着海况的增加,差频为谱峰频率附近的响应也逐渐凸显,据此推测,高海况条件下在波频范围内的纵摇运动具有一定的非线性。

“南海挑战号”半潜式平台移井优化方法研究

为了解决半潜式平台移井方案计算困难的问题,本文以“南海挑战号”半潜式平台为依托,开展移井优化方法研究。依据多段悬链线控制方程,考虑平台和各井口的位置关系,建立了系泊链长度与顶张力的关系集。采用非支配排序遗传算法,给出了最佳移井路线方案。选取了4组现场移井方案进行对比分析,研究结果表明:所提出的计算方案有效地节约移井所需的时间成本和人力成本。以D_(3)-D_(2)移井操作为例,与现场采用方案相比,移井前后系泊链收放总量减少了40.17%,同时平台移井过程中的平稳程度降低了76.45%,大幅度的提高了移井作业平台的效率和安全性。

半潜式平台波浪砰击荷载数值分析

波浪-半潜式平台-系泊系统在不同空间尺度的动力因素具有强非线性,导致波浪砰击荷载峰值、持续时间难以预测。基于光滑粒子法,建立了波浪-浮式结构-系泊系统多体耦合动力分析模型,并将该模型计算结果与文献实验结果进行了对比,验证了其计算的正确性。采用该模型分析了波浪、浮式结构及系泊系统耦合作用下砰击荷载的发展历程,对比了聚焦波与线性波作用下砰击荷载的分布特征,结果表明:静水面以上,聚焦波对半潜式平台立柱的砰击荷载显著大于线性波的砰击荷载,聚焦波砰击荷载是线性波砰击荷载的3~5倍,但静水面以下,2种波浪砰击荷载差异相对较小;线性波作用下,半潜式平台迎浪侧和背浪侧的系泊缆拉力值差异较小,聚焦波作用下迎浪侧的拉力值则显著大于背浪侧,同时大于线性波作用下的拉力值,约为线性波作用下的1.9倍。研究结果为浮式平台波浪砰击荷载安全系数选取提供了参考。

半潜式平台四立柱波浪爬升及气隙试验

采用模型试验方法对半潜式平台近场干涉、波浪爬升和气隙分布等关键问题进行较为系统的研究。在海洋工程水动力学试验规程的指导下完成系泊模式下半潜式平台水池模型试验。通过布设光学非接触式六自由度传感器、电阻式钽丝、力传感器、浪高仪等测量设备,获取平台瞬态运动响应、立柱壁面波浪爬升、内场气隙分布等测量参数,系统地分析不同波陡参数、散射参数对平台气隙的影响。结果表明:波陡参数对内场气隙分布影响较大,当波陡参数取0.12~0.15时,平台运动幅值较大,平台边缘的气隙较小;由于波浪爬升效应,立柱附近气隙小于内场。研究结论对平台设计和安全运营具有一定的指导作用。

基于面元法的半潜式平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力计算

波浪载荷对半潜式平台的运动响应起决定性的作用,并直接影响平台的总强度。基于面元法对不同浪向角下的半潜式平台的波浪漂移力进行了数值计算,通过RAO曲线和RMS值分析了半潜式平台在波浪中的运动响应,考察面元法在计算半潜平台运动响应与波浪漂移力上的适用性。结果表明,面元法能够获得合理的数值预报结果;半潜平台的运动响应在不同波浪条件下有显著区别,纵荡和横荡响应在短波中较为剧烈,在长波中较为平缓,垂荡运动的峰值大于纵荡和横荡运动响应峰值;波浪漂移力/力矩在不同波浪条件下的差异也是显著的。该结论对半潜平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力的研究有一定的参考价值。