[发明专利]一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷获取方法，特别是关于一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法。

背景技术

随着我国深水海洋油气勘探开发的快速发展，近几年我国的大型深水半潜式钻井平台的数量大为增加。中国南海是我国深水油气开发的主战场，南海海洋环境条件十分恶劣，比较典型的特点是内波流频发，且强度大。系泊定位系统动力定位条件下，浮式平台受到内波流载荷的作用，会发生大范围的偏移，内波流载荷的获取是内波流作用下平台偏移计算的重要基础，当平台的偏移超出一定范围时，则会影响到深水钻井作业的进行，甚至威胁到平台系泊系统和钻井系统的安全。目前国内外海洋工程相关规范获取内波流载荷的方法是将内波流按照常规的定常流来处理，这种处理方法忽略了内波流流速的时变特征(即内波流的波动特征)，从而导致内波流载荷中的惯性力部分被忽略，这种传统计算方法会低估内波流的作用，从而影响平台的正常作业及安全。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种将内波流的波动性考虑在内的应用于浮式平台的内波流载荷获取方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法，其包括以下步骤：

1)建立内波流的描述方程为：

其中，η(x,t)为内波流的波面时程，t为时间，x为目标浮式平台的坐标，C₀为内波流的线性速度，α为非线性参数，β为弥散参数；

2)获取内波流的波面时程：

根据式(1)可以推导得出内波流的波面时程表示为：

其中，C_p为内波流的非线性速度，l为内波流的特征波长，η₀为内波流的波幅；

3)获取内波流流速和加速度：

假设内波流有两个分层，上层流体流速u₁与下层流体流速u₂相反，上层流体厚度为h₁,下层流体厚度为h₂，上层流体密度为ρ₁，下层流体密度为ρ₂，对式(2)进行求导得到内波流的上层流体流速u₁和下层流体流速u₂：

然后对式(3)进行求导即可得到内波流的上层流体加速度a₁和下层流体加速度a₂：

4)求取内波流载荷：

根据内波流的描述方程得到内波流流速、加速度的分布，将浮式平台的将内波流载荷F分成拖曳力F_D和惯性力F_I两部分，即：

F＝F_D+F_I(5)

其中，拖曳力F_D可表示为：

式中，A为受流面积；ρ为海水密度，u为内波流流速，当浮体处在上层流体中时：ρ＝ρ₁，u＝u₁,当浮体处在下层流体中时，ρ＝ρ₂，u＝u₂；C_d为拖曳力系数，根据模型试验方法或者根据规范的方法来计算获得；

惯性力F_I可表示为：

F_I＝C_mρVa(7)

其中，V为目标浮式平台的排水量；a为内波流加速度，当浮体处在上层流体中时：a＝a₁,当浮体处在下层流体中时，a＝a₂；C_m为附加质量系数，根据势流理论的水动力软件计算获得。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在获取内波流载荷时将内波流的波动性考虑在内，因而能够更加真实的评估内波流的作用，从而能够提高平台设计的可靠性和安全性。2、本发明由于在获取内波流载荷时将内波流流速和加速度随时间的变化考虑在内，从而能够考虑到作用在平台上的拖曳力和惯性力随时间的变化，使得最终得到的内波流载荷是一个随时间变化的时程，因而得到的内波流载荷更加准确。本发明可以广泛应用于浮式平台的内波流载荷的获取。

附图说明

图1是内波流关键参数示意图；

图2是深水半潜式钻井平台的结构示意图；

图3是内波流流速时程图；

图4是内波流加速度时程图；

图5是平台纵向内波流载荷时程图；