博士后研究课题立项表-中国石油大学（北京）.doc

中海油研究总院 博士后研究课题立项表 立项课题名称 张力腿平台高阶水动力响应的数值计算及模型实验研究 课题研究起止 时 间 2015.1.1～2016.12.31 课题立项申 请 人 尹汉军 一、立项目的、意义及可行性分析 目的：通过数值计算及模型实验，掌握一套操作性强的张力腿平台高阶水动力响应的数值计算及模型实验方法，并建立推荐作法指导后续工程应用。 意义： 张力腿平台作为一种典型的深水油气开发的生产平台类型，经过20多年的发展逐步走向成熟，在国际上得到了广泛的应用。目前已经有20多座平台投入生产，但张力腿平台的相关技术一直被国外公司掌握。打破国际垄断，突破关键技术，是推动我国南海油气开发的关键。张力腿平台由于其特殊的系泊形式使其可能遭受高阶水动力载荷的影响，表现为平台的弹振和鸣振效应和大尺度的平台偏移，高阶响应影响张力腿及立管系统的强度和疲劳设计，进而对整个工程的设计和投资产生重大影响。由于平台的高阶水动力响应仅通过理论计算难以捕捉，一般辅以模型实验进行验证。通过模型实验与数值计算的对比验证，对张力腿平台的高阶响应特性进行评估。通过对张力腿平台的高阶响应特性的数值模拟和模型实验研究，掌握一套操作性强的数值模拟方法和模型试验方法，打破国际垄断，形成推荐做法，指导工程应用。 可行性分析： 张力腿平台设计技术经过多年的发展，对平台高阶响应的数值计算结合模型实验可以得到工程上满意的结果。由于我国深水开发起步较晚，缺乏具体工程项目支撑，对这部分的研究从理论到实际都比较欠缺。近10年来，国内针对张力腿平台高阶响应的越来越重视，有多篇学术论文在国内外发表，但与实际工 程应用还有差距。模型实验方面，上海交通大学近年来为国际上的工程公司进行过张力腿平台水动力实验，积累了一定的经验。结合总公司南海大开发的战略构想，海洋石油工程股份有限公司承担了多项国家级，总公司级科研课题。流花16-2油田和11-1油田的开发，使张力腿平台从理论构想到具体工程实施迈出关键一步。 二、国内外研究概况 在国外，由于深水开发应用较早，张力腿平台高阶水动力响应的数值模拟和模型实验，都有一些工程应用。而国内张力腿平台的总体性能设计还属于海洋工程全新的领域，对张力腿平台高阶水动力响应的研究还多停留在理论阶段。 三、课题主要研究内容及拟解决的关键技术问题 1、课题主要研究内容 1）基于张力腿平台高阶水动力响应的数值模拟研究 （1）张力腿平台高阶水动力计算研究 ? 高阶自由表面数值模拟 ? 差频与和频高阶水动力计算 （2）高阶水动力响应的时域耦合分析 ? 时域耦合分析数值模型 ? 差频与和频响应分析 2）基于张力腿平台高阶水动力响应的模型实验研究 （1）耐波性实验研究 ? 获得高频张力腿张力响应尺度因子。 ? 获得张力腿张力共振响应用于张力腿疲劳设计。 ? 提供随机波浪中高频运动的激励和阻尼数据。 ? 提供随机波浪中慢漂运动的激励和阻尼数据。 2、关键技术问题 1）张力腿平台的高阶水动力计算和时域耦合分析技术 2）针对张力腿平台高阶水动力响应的模型实验技术 四、课题预期研究成果 1、数值分析与水池试验技术相结合的TLP水动力特性设计方法； 2、适用于南中国海典型TLP的数值模拟水动力分析的相关参数； 3、相关软件使用指南； 4、学术论文2～3篇。 五、课题的实用价值、推广应用前景及经济效益 由于海上油气开发不断向深海拓展，张力腿平台作为适用于1500水深及以下的开采平台在国际上已经有20余年的应用历史。前期的研究和论证结果表明，在中国南海，张力腿平台具有极强的适用性和广阔的应用前景。 由于张力腿平台的系泊特性，平台运动较小，可以采用干式采油树，但平台可能受到高阶水动力的作用，影响张力腿的结构和疲劳设计，同时高阶水动力激励将使平台产生大尺度的水平位移，对立管系统设计产生重大影响。结合南海实际海况，突破张力腿平台的高阶水动力响应的数值计算方法，并结合模型试验对比分析，可以为今后的南海开发提供扎实的理论积累，将改变该领域关键技术由国外公司垄断的不利局面，提高工程公司在国内和国际的竞争力。 六、课题依托课题及其它支持情况（依托课题的名称、类型、研究期限等；为保证课题顺利开展所能提供的其它资源和支持等） 依托课题：总公司课题“深水张力腿平台设计、建造、安装关键技术及应用研究”，研究期限为2013.01～2015.12。 其它资源与支持：863课题“三角形多功能张力腿平台设计建造及应用关键技术研究”成果，海洋平台水动力分析及时域耦合模拟软件MOSES、Sesam，Orcaflex等。计算流体力学软件FLUENT等。 七、课题预计工作量及研究进度计划 预计工作量2年共5000工时，主要研究进度计划如下： 1、带高阶自由表面的水动力模型建模（2015.1.1～