深海结构系泊系统非线性动力特性研究进展及关键动力学-中国力学学会.docVIP

深海平台系泊系统中的非线性动力学问题* 唐友刚 张素侠 张海燕 张若瑜 赵文斌 [摘要]：本文介绍了国外深水平台的构造、系泊形式及主要技术现状，重点分析了深水平台系统的非线性及载荷非线性，说明了引起平台系泊系统存在复杂动力学现象的非线性因素，指出了深水平台系统需要深入研究的非线性动力学问题。 [关键词]：Spar平台;TLP平台;系泊系统 Nonlinear dynamics problems in deep water platform with moored system Tang Yougang Zhang Suxia Zhang Haiyan Zhang ruoyu Zhao Wenbin Tianjin university [Abstract] Platform’s structures, mooring shapes and main technique problems are introduced in the paper. The nonlinearity of deep water platform system and the nonlinearity of loads are analyzed. The nonlinear factors which account for the complex dynamical phenomena are illustrated. Finally, the nonlinear problems of deep water platform which is needed to be studied in future are pointed out. [Key words] Spar platform; TLP platform; moored system 一、引言 我国沿海水域石油开发开始于60年代末期,主要集中于环渤海海域.到了80年代末期,石油开采进入水深100米左右的南中国海.中国海洋石油公司的勘探表明,我国南中国海的石油储量在300~400亿吨,被称为另一个波斯湾,该海域水深在500米到2000米,但是我国目前的油气勘探开发技术和能力还不能突破400米水深.因此发展深海平台的设计理论和方法,是我国开采深海油气资源的战略需求. 张力腿平台（TLP）和SPAR平台是公认的深海优秀平台形式.在墨西哥湾和北海已经建造了若干座.国外深海平台的设计和使用经验表明,深海平台的关键技术之一是系泊系统. 国内外曾发生多次与系泊系统失效导致的人员伤亡和财产损失事故.1990年12月,北海地区风暴引起一些半潜式结构的系泊缆断裂；2001年巴西油田的P-36平台发生倾覆,2000年我国某港口的系泊军舰在环境载荷小于设计载荷时系泊缆断裂；2003年10月6日在大连甘井子2号泊位出现断链走锚事故.这些惨痛的教训给海洋资源开发以很大的警示. 系泊系统早期主要用于船舶海上定位,随着海洋开发工程的进展,系泊系统应用日益广泛.从应用的角度而言,与船舶系泊不同,海洋结构的系泊时间更长,可能其生命周期内处于系泊状态,一旦系泊系统失效,整个深海平台系统瞬间即会崩溃.随着海洋开发向深水发展,系泊系统的重要性日益突显出来.因此对于深海平台系泊系统的研究具有重要的理论和工程意义.而系泊系统风浪流作用下的非线性动力响应是关键的理论和工程问题. 二、 深海平台的基本结构形式 目前投入生产的Spar平台,从结构上来分,一般将spar平台分为三部分：平台上体,平台主体和系泊系统（包括锚固基础）,其中平台上体和平台主体并称为平台本体. 第一代Spar采油平台 第一代Spar采油平台于1996年建成,工作于墨西哥湾Viosca Knoll油田,工作水深1930英尺(588m ).Neptune Spar主体呈圆柱体,长705英尺,直径72英尺,重量12895吨,设计吃水650英尺（198米）,见图1. 图1 Neptune Spar平台 2、第二代Spar采油平台-桁架Spar平台 主体为：封闭圆柱体,开放式构架结构,底部压载舱.封闭式圆柱体提供浮力,浮力舱和可变压载舱都位于其中；中部的开放式主体为椼架结构,并采用垂荡板（Heave Plate）增大垂荡阻尼；底部压载舱提供压载,稳定性由垂荡板和底部压载舱提供.Truss Spar的尺度要比Classic Spar小,耗用的钢材量也大大减少.世界上第一座Truss Spar是位于墨西哥湾 ,该平台于2001年安装下水,工作水深3700英尺（1130米）.2002年8月,BP石油公司在墨西哥湾安装了世界上第六座Spar采油平台—Horn Mountain Truss Spar.该Spar平台创造工作水深达到5400英尺（1646米）,是目前作业