一種應(yīng)用于浮式平臺的內(nèi)波流載荷獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種載荷獲取方法，特別是關(guān)于一種應(yīng)用于浮式平臺的內(nèi)波流載荷獲 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國深水海洋油氣勘探開發(fā)的快速發(fā)展，近幾年我國的大型深水半潛式鉆井 平臺的數(shù)量大為增加。中國南海是我國深水油氣開發(fā)的主戰(zhàn)場，南海海洋環(huán)境條件十分惡 劣，比較典型的特點(diǎn)是內(nèi)波流頻發(fā)，且強(qiáng)度大。系泊定位系統(tǒng)動力定位條件下，浮式平臺受 到內(nèi)波流載荷的作用，會發(fā)生大范圍的偏移，內(nèi)波流載荷的獲取是內(nèi)波流作用下平臺偏移 計(jì)算的重要基礎(chǔ)，當(dāng)平臺的偏移超出一定范圍時(shí)，則會影響到深水鉆井作業(yè)的進(jìn)行，甚至威 脅到平臺系泊系統(tǒng)和鉆井系統(tǒng)的安全。目前國內(nèi)外海洋工程相關(guān)規(guī)范獲取內(nèi)波流載荷的方 法是將內(nèi)波流按照常規(guī)的定常流來處理，這種處理方法忽略了內(nèi)波流流速的時(shí)變特征（即 內(nèi)波流的波動特征），從而導(dǎo)致內(nèi)波流載荷中的慣性力部分被忽略，這種傳統(tǒng)計(jì)算方法會低 估內(nèi)波流的作用，從而影響平臺的正常作業(yè)及安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種將內(nèi)波流的波動性考慮在內(nèi)的應(yīng)用于浮 式平臺的內(nèi)波流載荷獲取方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種應(yīng)用于浮式平臺的內(nèi)波流載荷 獲取方法，其包括以下步驟：
[0005] 1)建立內(nèi)波流的描述方程為：
[0006]
(1)
[0007] 其中，n(x，t)為內(nèi)波流的波面時(shí)程，t為時(shí)間，X為目標(biāo)浮式平臺的坐標(biāo)，CQ為內(nèi) 波流的線性速度，a為非線性參數(shù)，0為彌散參數(shù)；
[0008] 2)獲取內(nèi)波流的波面時(shí)程：
[0009] 根據(jù)式（1)可以推導(dǎo)得出內(nèi)波流的波面時(shí)程表示為：
[0010]
(2)
[0011] 其中，cp為內(nèi)波流的非線性速度，1為內(nèi)波流的特征波長，n〇為內(nèi)波流的波幅；
[0012] 3)獲取內(nèi)波流流速和加速度：
[0013] 假設(shè)內(nèi)波流有兩個(gè)分層，上層流體流速Ul與下層流體流速u2相反，上層流體厚度 為h，下層流體厚度為h2，上層流體密度為Pl，下層流體密度為P2，對式⑵進(jìn)行求導(dǎo)得 到內(nèi)波流的上層流體流速1^和下層流體流速u2:
[0014] (3)
[0015] 然后對式（3)進(jìn)行求導(dǎo)即可得到內(nèi)波流的上層流體加速度ai和下層流體加速度 a2:
[0016]
[0017] 4)求取內(nèi)波流載荷：
[0018] 根據(jù)內(nèi)波流的描述方程得到內(nèi)波流流速、加速度的分布，將浮式平臺的將內(nèi)波流 載荷F分成拖曳力FD和慣性力Fz兩部分，即：
[0019] F = Fd+Fj (5)
[0020] 其中，拖曳力FD可表示為：
[0021]
(6)
[0022] 式中，A為受流面積；P為海水密度，u為內(nèi)波流流速，當(dāng)浮體處在上層流體中時(shí)：P=0^11=1^，當(dāng)浮體處在下層流體中時(shí)，P=p2，u=u2;Cd為拖曳力系數(shù)，根據(jù)模型 試驗(yàn)方法或者根據(jù)規(guī)范的方法來計(jì)算獲得；
[0023] 慣性力&可表示為：
[0024] Fx= CmP Va (7)
[0025] 其中，V為目標(biāo)浮式平臺的排水量；a為內(nèi)波流加速度，當(dāng)浮體處在上層流體中時(shí)： a= ，當(dāng)浮體處在下層流體中時(shí)，a=a2;Cm為附加質(zhì)量系數(shù)，根據(jù)勢流理論的水動力軟件 計(jì)算獲得。
[0026] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于在獲取內(nèi)波流載 荷時(shí)將內(nèi)波流的波動性考慮在內(nèi)，因而能夠更加真實(shí)的評估內(nèi)波流的作用，從而能夠提高 平臺設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。2、本發(fā)明由于在獲取內(nèi)波流載荷時(shí)將內(nèi)波流流速和加速度隨 時(shí)間的變化考慮在內(nèi)，從而能夠考慮到作用在平臺上的拖曳力和慣性力隨時(shí)間的變化，使 得最終得到的內(nèi)波流載荷是一個(gè)隨時(shí)間變化的時(shí)程，因而得到的內(nèi)波流載荷更加準(zhǔn)確。本 發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于浮式平臺的內(nèi)波流載荷的獲取。
【附圖說明】
[0027] 圖1是內(nèi)波流關(guān)鍵參數(shù)示意圖；
[0028] 圖2是深水半潛式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是內(nèi)波流流速時(shí)程圖；
[0030] 圖4是內(nèi)波流加速度時(shí)程圖；
[0031] 圖5是平臺縱向內(nèi)波流載荷時(shí)程圖；
[0032]圖6是平臺橫向內(nèi)波流載荷時(shí)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0034] 本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于浮式平臺的內(nèi)波流載荷獲取方法，其包括以下步驟：
[0035] 1)建立內(nèi)波流的描述方程為：
[0036]
(1)
[0037] 其中，n(X，t)為內(nèi)波流的波面時(shí)程，t為時(shí)間，x為目標(biāo)浮式平臺的坐標(biāo)，Q為內(nèi) 波流的線性速度，《為非線性參數(shù)，0為彌散參數(shù)。
[0038] 2)獲取內(nèi)波流的波面時(shí)程：
[0039] 根據(jù)式⑴可以推導(dǎo)得出內(nèi)波流的波面時(shí)程表示為：
[0040]
(2)
[0041] 其中，cp為內(nèi)波流的非線性速度，1為內(nèi)波流的特征波長，n〇為內(nèi)波流的波幅。
[0042] 3)獲取內(nèi)波流流速和加速度：
[0043] 假設(shè)內(nèi)波流有兩個(gè)分層（如圖1所示），上層流體流速h與下層流體流速112相反， 上層流體厚度為h，下層流體厚度為h2，上層流體密度為Pi，下層流體密度為P2，對式（2) 進(jìn)行求導(dǎo)得到內(nèi)波流的上層流體流速^和下層流體流速u2:
[0044]
[0045] 然后對式（3)進(jìn)行求導(dǎo)即可得到內(nèi)波流的上層流體加速度和下層流體加速度 a2:
[0046]
[0047] 4)求取內(nèi)波流載荷：
[0048] 根據(jù)內(nèi)波流的描述方程得到內(nèi)波流流速、加速度的分布，可以將浮式平臺的將內(nèi) 波流載荷F分成拖曳力FD和慣性力Fx兩部分，即：
[0049]F=Fd+Fj(5)
[0050] 其中，拖曳力FD可表示為：
[0051]
(6)
[0052] 式中，A為受流面積；P為海水密度，u為內(nèi)波流流速，當(dāng)浮體處在上層流體中時(shí)： P= 0^11