深水半潜式钻井平台设计与建造技术

　　《深水半潜式钻井平台设计与建造技术》(作者谢彬)一书的编写顺应了我国对南海深水油气田勘探、开发技术和装备的需要，把国家“十一五”“863”课题“3000米水深半潜式钻井平台关键技术研究”所取得成果集中展示给读者，该研究以“海洋石油981”为目标平台，介绍了半潜式钻井平台发展趋势、主要类型、应用范围与特点，以及设计、建造应当遵守的规范，重点阐述了深水半潜式钻井平台总体设计、总体性能分析、总体结构强度计算、平台模型试验研究、平台建造与安装技术和细长柔性构件的涡激振动与疲劳分析等内容，著作涵盖了深水半潜式钻井平台设计、建造和试验所涉及的关键技术。该著作以解决深水半潜式钻井平台设计和建造关键技术为主线，在介绍所涉及的基础理论和方法的基础上，以解决半潜式钻井平台的关键技术问题为目标，通过理论分析、数值计算和实验研究，深入探讨了解决相关技术问题的方法，并将所获得结论以及在目标平台上应用给予充分的说明。

 

章 绪论 
节 深水油气田开发的现状与发展趋势 
第二节 深水半潜式钻井平台发展现状 
第二章 深水半潜式钻井平台系统 
节 深水半潜式钻井平台系统构成 
第二节 深水半潜式钻井平台功能及钻井设备特点 
第三章 深水半潜式钻井平台设计基础 
节 作业海域分析与环境条件确定 
第二节 设计要求与主要性能指标 
第三节 设计基本原则与规范 
第四章 深水半潜式钻井平台总体系统设计 
节 深水半潜式钻井平台总体方案规划 
第二节 深水半潜式钻井平台关键系统集成设计 
第五章 深水半潜式钻井平台总体性能 
节 总体性能分析理论与方法 
第二节 深水半潜式平台水动力性能 
第三节 内波对半潜式钻井平台总体响应 
第四节 深水半潜式钻井平台稳性分析 
第六章 深水半潜式钻井平台结构设计与总体强度 
节 深水半潜式钻井平台的结构设计 
第二节 深水半潜式钻井平台载荷分类与载荷工况 
第三节 深水半潜式钻井平台强度分析 
第四节 深水半潜式钻井平台疲劳强度分析 
第七章 深水半潜式钻井平台定位系统 
节 深水半潜式钻井平台动力定位系统 
第二节 深水半潜式钻井平台锚泊定位系统 
第三节 深水半潜式钻井平台系统耦合分析 
第八章 钻井隔水管的涡激振动与疲劳分析 
节 钻井隔水管的涡激振动理论与分析方法 
第二节 钻井隔水管涡激振动数值模拟 
第三节 钻井隔水管涡激振动与抑制措施实验 
第四节 内波作用下钻井隔水管的动力响应 
第九章 深水半潜式钻井平台模型试验研究 
节 半潜式钻井平台水池模型试验准备与海洋环境模拟 
第二节 深水半潜式钻井平台水池模型在波浪中的试验 
第三节 水池模型试验结果的处理与分析 
第四节 深水半潜式钻井平台风洞试验 
第十章 深水半潜式钻井平台建造技术 
节 总体建造方案 
第二节 建造精度控制 
第三节 平台建造重量控制 
第四节 大型分段、特型分段吊运方案设计 

　　六、水动力性能分析的频域与时域方法
　　海洋浮式结构物水动力性能分析的方法可以分为频域分析方法和时域分析方法。
　　频域分析方法基于线性波理论，计算在不同频率波浪载荷作用下的浮体水动力性能要素，从而获得水动力性能分析中的重要结果——响应幅算子（ResponseAmplitudeOperator，简写为RAO）。响应幅算子表达了浮式结构物的水动力性能在不同频率波浪载荷作用下的响应，是开展时域分析的基础。频域分析方法是基于线性波理论的，即假设浮式结构物的水动力性能要素是与波幅成正比，这也是微幅波理论的特点。这个假设对于非线性波浪是不成立的。线性理论主要适用于波浪的波频成分，即波浪能量的主要集中频率范围0.05～0.5Hz。对于二阶波浪力等非线性成分，工程上可依据一阶速度势计算得到平均二阶传递函数，然后依据Nemman等近似方法获取二阶传递函数矩阵。
　　精确分析浮式结构物水动力性能的非线性要素，需要采用时域分析方法。时域分析是在每个时间t点展开的，可以考虑浮式结构物水动力性能的非线性要素。时域分析过程中往往需要开展迭代计算，获取每个时间点t的浮体结构物水动力性能，然后再以△t为步长，逐步计算出下一时间点的浮体结构物水动力参数。这里所提到的水动力参数，是指浮体结构物六自由度运动和波浪诱导载荷等要素。时域分析的结果是时历结果，可以开展统计分析，获得时历结果的统计要素，包括平均值、值、小值和方差等。
　　频域分析和时域分析虽然是分析浮式结构物水动力性能的两种方法，但两者实际上是可以相互转换的。利用傅立叶变换和傅立叶逆变换，能够将时域分析结果和频域分析结果相互转化。
　　七、内波基本理论
　　内波是指在海水稳定层化的海洋中产生的振幅出现在海洋内部的波动。由于内波的波动产生在海洋深层中，这种情况类似海流的变化，因此，内波也常被称为内波流。在我国南海北部海域，经常出现内波现象。对于海洋工程结构物，内波现象可能引起海洋结构物承受较大的环境载荷，而且这种载荷是作用在水面以下的，容易被设计人员忽视。所以，我国开发南海深水油气资源，必须开展内波研究，避免内波对海洋结构物产生不利的影响。
　　由于内波是产生于海洋内部，其回复力是约化重力，而不是重力，这是内波不同于表面波的一个重要特征。因此，内波有其独特之处。例如，内波的振幅要远大于表面波的振幅；内波的水分子运动速度远小于表面波水分子运动速度；内波的波群速度方向与其速度方向几乎垂直。关于内波的研究相当广泛，但主要集中在两个方面。一个方面是高频随机内波的研究。20世纪70年代出现的大洋内波谱模型，标志着对高频随机内波的研究进入鼎盛时期，其后的研究主要寻找普遍适用的动力机制等。另一个方面是对低频内波以及相关的大振幅孤立波的研究。