一種應用于浮式平臺的內波流載荷獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種載荷獲取方法，特別是關于一種應用于浮式平臺的內波流載荷獲 取方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國深水海洋油氣勘探開發的快速發展，近幾年我國的大型深水半潛式鉆井 平臺的數量大為增加。中國南海是我國深水油氣開發的主戰場，南海海洋環境條件十分惡 劣，比較典型的特點是內波流頻發，且強度大。系泊定位系統動力定位條件下，浮式平臺受 到內波流載荷的作用，會發生大范圍的偏移，內波流載荷的獲取是內波流作用下平臺偏移 計算的重要基礎，當平臺的偏移超出一定范圍時，則會影響到深水鉆井作業的進行，甚至威 脅到平臺系泊系統和鉆井系統的安全。目前國內外海洋工程相關規范獲取內波流載荷的方 法是將內波流按照常規的定常流來處理，這種處理方法忽略了內波流流速的時變特征（即 內波流的波動特征），從而導致內波流載荷中的慣性力部分被忽略，這種傳統計算方法會低 估內波流的作用，從而影響平臺的正常作業及安全。
【發明內容】
[0003] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種將內波流的波動性考慮在內的應用于浮 式平臺的內波流載荷獲取方法。
[0004] 為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種應用于浮式平臺的內波流載荷 獲取方法，其包括以下步驟：
[0005] 1)建立內波流的描述方程為：
[0006]
(1)
[0007] 其中，n(x，t)為內波流的波面時程，t為時間，X為目標浮式平臺的坐標，CQ為內 波流的線性速度，a為非線性參數，0為彌散參數；
[0008] 2)獲取內波流的波面時程：
[0009] 根據式（1)可以推導得出內波流的波面時程表示為：
[0010]
(2)
[0011] 其中，cp為內波流的非線性速度，1為內波流的特征波長，n〇為內波流的波幅；
[0012] 3)獲取內波流流速和加速度：
[0013] 假設內波流有兩個分層，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進行求導得 到內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)進行求導即可得到內波流的上層流體加速度ai和下層流體加速度 a2:
[0016]
[0017] 4)求取內波流載荷：
[0018] 根據內波流的描述方程得到內波流流速、加速度的分布，將浮式平臺的將內波流 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為內波流流速，當浮體處在上層流體中時：P=0^11=1^，當浮體處在下層流體中時，P=p2，u=u2;Cd為拖曳力系數，根據模型 試驗方法或者根據規范的方法來計算獲得；
[0023] 慣性力&可表示為：
[0024] Fx= CmP Va (7)
[0025] 其中，V為目標浮式平臺的排水量；a為內波流加速度，當浮體處在上層流體中時： a= ，當浮體處在下層流體中時，a=a2;Cm為附加質量系數，根據勢流理論的水動力軟件 計算獲得。
[0026] 本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于在獲取內波流載 荷時將內波流的波動性考慮在內，因而能夠更加真實的評估內波流的作用，從而能夠提高 平臺設計的可靠性和安全性。2、本發明由于在獲取內波流載荷時將內波流流速和加速度隨 時間的變化考慮在內，從而能夠考慮到作用在平臺上的拖曳力和慣性力隨時間的變化，使 得最終得到的內波流載荷是一個隨時間變化的時程，因而得到的內波流載荷更加準確。本 發明可以廣泛應用于浮式平臺的內波流載荷的獲取。
【附圖說明】
[0027] 圖1是內波流關鍵參數示意圖；
[0028] 圖2是深水半潛式鉆井平臺的結構示意圖；
[0029] 圖3是內波流流速時程圖；
[0030] 圖4是內波流加速度時程圖；
[0031] 圖5是平臺縱向內波流載荷時程圖；
[0032]圖6是平臺橫向內波流載荷時程圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0034] 本發明提供的一種應用于浮式平臺的內波流載荷獲取方法，其包括以下步驟：
[0035] 1)建立內波流的描述方程為：
[0036]
(1)
[0037] 其中，n(X，t)為內波流的波面時程，t為時間，x為目標浮式平臺的坐標，Q為內 波流的線性速度，《為非線性參數，0為彌散參數。
[0038] 2)獲取內波流的波面時程：
[0039] 根據式⑴可以推導得出內波流的波面時程表示為：
[0040]
(2)
[0041] 其中，cp為內波流的非線性速度，1為內波流的特征波長，n〇為內波流的波幅。
[0042] 3)獲取內波流流速和加速度：
[0043] 假設內波流有兩個分層（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) 進行求導得到內波流的上層流體流速^和下層流體流速u2:
[0044]
[0045] 然后對式（3)進行求導即可得到內波流的上層流體加速度和下層流體加速度 a2:
[0046]
[0047] 4)求取內波流載荷：
[0048] 根據內波流的描述方程得到內波流流速、加速度的分布，可以將浮式平臺的將內 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為內波流流速，當浮體處在上層流體中時： P= 0^11