面向動(dòng)力性能的抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、考慮到我國(guó)渤海冬季結(jié)冰的環(huán)境條件和邊際油田的油藏特性，渤海海洋平臺(tái)多采用比較經(jīng)濟(jì)的鋼質(zhì)導(dǎo)管架固定式平臺(tái)，并通過安裝破冰錐體的措施來抗冰。多年的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)存在冰激振動(dòng)現(xiàn)象，然而，現(xiàn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范沒有明確冰激振動(dòng)的處理方式，所以經(jīng)濟(jì)型抗冰振導(dǎo)管架平臺(tái)的動(dòng)力設(shè)計(jì)成為渤海海洋平臺(tái)的關(guān)鍵問題。本文基于多年的冰激振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和冰荷載研究的成果，結(jié)合“十五”863項(xiàng)目“新型平臺(tái)抗冰振的關(guān)鍵技術(shù)”(2001AA602015-1)，開展適用于渤海的

2、面向動(dòng)力性能的抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。將基于性能的設(shè)計(jì)思想和優(yōu)化概念引入新型平臺(tái)抗冰振設(shè)計(jì)研究中，重點(diǎn)研究抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)，深入討論了抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)的性能定義、抗冰振設(shè)計(jì)動(dòng)冰力的確定、冰激振動(dòng)的分析和抗冰振優(yōu)化模型的建立等關(guān)鍵問題，為渤海邊際油田的經(jīng)濟(jì)型抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)提供相關(guān)的理論、方法與技術(shù)支持。 本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.在基于性能的設(shè)計(jì)框架下，明確抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)的性能定義，提出在設(shè)計(jì)優(yōu)化中把極

3、值靜力性能要求和動(dòng)力性能要求加以區(qū)分處理的解決方案，對(duì)抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)明確提出了面向動(dòng)力性能的優(yōu)化問題的兩種列式。 2.強(qiáng)烈的冰激振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致顯著的管節(jié)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力，這會(huì)引發(fā)節(jié)點(diǎn)的冰激疲勞。為了解決復(fù)雜管節(jié)點(diǎn)疲勞分析時(shí)精度和效率之間的矛盾，在可兼顧整體和局部結(jié)構(gòu)特征的有限元模型的基礎(chǔ)上結(jié)合虛擬激勵(lì)法的特點(diǎn)，提出了一個(gè)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)冰激疲勞分析的高效譜分析方法。 3.針對(duì)有一類關(guān)注減重并需要考慮冰激疲勞的平臺(tái)，如無人井口平臺(tái)，從不同的角

4、度入手將冰激疲勞和優(yōu)化結(jié)合，分別提出了考慮節(jié)點(diǎn)疲勞壽命和考慮節(jié)點(diǎn)疲勞可靠性的兩種抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。 4.提出了短期動(dòng)冰力的概念和冰激加速度的條件超越概率的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上同時(shí)考慮海冰環(huán)境的不確定性和結(jié)構(gòu)特性的差異，提出了確定面向抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)動(dòng)力分析的短期動(dòng)冰力的兩種方法：基于失效概率的方法和基于損失期望的方法。 5.針對(duì)有一類對(duì)冰激振動(dòng)加速度要求高且需限制材料用量的平臺(tái)，如有人居住的生活動(dòng)力平臺(tái)，提出了目

5、標(biāo)函數(shù)為冰激甲板加速度均方根值的抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，在優(yōu)化中整合了所建議的確定短期動(dòng)冰力的方法，旨在解決在優(yōu)化中需要考慮海冰環(huán)境不確定性和結(jié)構(gòu)特性變化的問題。 6.建立了抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)的概念模型，推導(dǎo)抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)的概念參數(shù)和整體性能之間的關(guān)系，給出了一個(gè)參數(shù)優(yōu)化問題的表述，分析了參數(shù)對(duì)性能的影響，討論了剛性和柔性抗冰設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，指出適合渤海的經(jīng)濟(jì)型抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)采用柔性抗冰設(shè)計(jì)，而面向動(dòng)力性能的抗冰導(dǎo)管架平臺(tái)優(yōu)化