海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)模型建立方法、預(yù)測(cè) 方法、系統(tǒng)及裝置 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及海洋開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的模型建立方法、預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)及裝置。 背景技術(shù) [0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，海洋隔水管系統(tǒng)包括平臺(tái)、錨泊定位系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、張緊器系統(tǒng)、隔水管系統(tǒng)、水下井口系統(tǒng)和淺層井筒系統(tǒng)，隔水管系統(tǒng)上端通過(guò)上撓性接頭和張緊器與平臺(tái)相連，平臺(tái)裝有動(dòng)力定位系統(tǒng)或與錨泊系統(tǒng)相連，隔水管下端通過(guò)下?lián)闲越宇^、隔水管系統(tǒng)底部總成連接水下井口系統(tǒng)，水下井口系統(tǒng)下部連接淺層井筒系統(tǒng)，各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間彼此緊密連接，構(gòu)成了海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)。該多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)在海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中受到海洋環(huán)境動(dòng)態(tài)載荷的作用，且隨著海洋油氣勘探作業(yè)水深的增大，其受力狀況變得更加惡劣和復(fù)雜，可能會(huì)遇到多種形式的破壞，如隔水管斷裂、水下井口失穩(wěn)等，任何一種破壞都將導(dǎo)致海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)的中斷甚至失敗，造成巨大的損失。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的安全順利進(jìn)行具有重要意義。 [0003] 現(xiàn)有的海洋隔水管系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)模型，僅將平臺(tái)波頻響應(yīng)運(yùn)動(dòng)作為隔水管系統(tǒng)的頂部邊界輸入，平臺(tái)到隔水管系統(tǒng)的信息傳遞是單向傳遞，無(wú)法考慮平臺(tái)與隔水管系統(tǒng)之間的耦合作用，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中平臺(tái)運(yùn)動(dòng)為波頻響應(yīng)運(yùn)動(dòng)和低頻響應(yīng)運(yùn)動(dòng)的疊加，并且受到錨泊定位系統(tǒng)或動(dòng)力定位系統(tǒng)的影響，與隔水管系統(tǒng)之間存在實(shí)時(shí)的耦合作用，傳統(tǒng)的隔水管系統(tǒng)動(dòng)力模型無(wú)法模擬平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、錨泊定位系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)與隔水管系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)耦合作用；隔水管底部邊界條件采用固定連接或與水下井口系統(tǒng)連接，忽略了淺層井筒對(duì)整個(gè)海洋隔水管系統(tǒng)的影響。即現(xiàn)有的海洋隔水管動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)模型無(wú)法考慮平臺(tái)、錨泊系統(tǒng)或動(dòng)力定位系統(tǒng)、隔水管、水下井口和淺層井筒之間的耦合效益，導(dǎo)致分析精度低，影響海洋隔水管系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析和安全設(shè)計(jì)。因此，需要考慮海洋隔水管多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的耦合效應(yīng)，提出一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)及裝置。 發(fā)明內(nèi)容 [0004] 為適應(yīng)海洋開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際需求，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的模型建立方法、預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)及裝置，以有效提高海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)精度，為海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)提供一種新的動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)模型與預(yù)測(cè)方法。 [0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的模型建立方法，包括以下步驟： [0006] S101、定義描述海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)參數(shù)，包括環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)物理參數(shù)； [0007] S102、建立海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的子系統(tǒng)模型，所述子系統(tǒng)包括錨泊定位系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)、張緊器系統(tǒng)、隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)； [0008] S103、基于步驟S102建立的各個(gè)子系統(tǒng)模型，將各個(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)共用實(shí)現(xiàn)連接：以平臺(tái)為中心耦合點(diǎn)，錨泊定位系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)與平臺(tái)和隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)形成耦合點(diǎn)，張緊器系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)與平臺(tái)形成耦合點(diǎn)，張緊器系統(tǒng)底端節(jié)點(diǎn)與隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)上部節(jié)點(diǎn)連接，錨泊定位系統(tǒng)和隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)底端節(jié)點(diǎn)均設(shè)為固定連接，此連接為全耦合系統(tǒng)的邊界條件，基于各子系統(tǒng)的在局部坐標(biāo)系下建立的單元?jiǎng)偠染仃?、單元質(zhì)量矩陣和單元載荷向量，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)系下，集成得到整體剛度矩陣、整體質(zhì)量矩陣和整體載荷向量，然后利用整體剛度矩陣和整體質(zhì)量矩陣，通過(guò)Rayleigh阻尼求解整體阻尼矩陣； [0009] S104、基于海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的整體剛度矩陣K、整體質(zhì)量矩陣M、整體阻尼矩陣C和整體載荷向量F，建立海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)模型，表征海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)方程如下： [0010] [0011] 其中，為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體加速度向量；為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體速度向量；δ為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體位移向量。 [0012] 優(yōu)選地，所述步驟S101中，環(huán)境參數(shù)包括水深、海流、波浪和土壤參數(shù)； [0013] 結(jié)構(gòu)物理參數(shù)中，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)包括平臺(tái)RAO數(shù)據(jù)，平臺(tái)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、平臺(tái)縱蕩、橫蕩和艏搖運(yùn)動(dòng)引起的附加質(zhì)量，縱蕩?艏搖運(yùn)動(dòng)耦合附加質(zhì)量、橫蕩?艏搖運(yùn)動(dòng)耦合附加質(zhì)量，平臺(tái)縱蕩和橫蕩速度，平臺(tái)縱蕩、橫蕩和艏搖方向的風(fēng)力系數(shù)、流力系數(shù)和二階波浪力系數(shù)； [0014] 錨泊定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)為結(jié)構(gòu)外徑、錨鏈長(zhǎng)度、密度、濕重、彈性模量、泊松比、附加質(zhì)量系數(shù)、慣性力系數(shù)和拖曳力系數(shù)； [0015] 動(dòng)力定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)為推進(jìn)器個(gè)數(shù)和推進(jìn)器基本參數(shù)；

1.一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的模型建立方法，其特征在于，其包括以下步驟： S101、定義描述海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)參數(shù)，包括環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)物理參數(shù)； S102、建立海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的子系統(tǒng)模型，所述子系統(tǒng)包括錨泊定位系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)、張緊器系統(tǒng)、隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)； S103、基于步驟S102建立的各個(gè)子系統(tǒng)模型，將各個(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)共用實(shí)現(xiàn)連接：以平臺(tái)為中心耦合點(diǎn)，錨泊定位系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)與平臺(tái)和隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)形成耦合點(diǎn)，張緊器系統(tǒng)頂部節(jié)點(diǎn)與平臺(tái)形成耦合點(diǎn)，張緊器系統(tǒng)底端節(jié)點(diǎn)與隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)上部節(jié)點(diǎn)連接，錨泊定位系統(tǒng)和隔水管?水下井口?淺層井筒系統(tǒng)底端節(jié)點(diǎn)均設(shè)為固定連接，此連接為全耦合系統(tǒng)的邊界條件，基于各子系統(tǒng)的在局部坐標(biāo)系下建立的單元?jiǎng)偠染仃嚒卧|(zhì)量矩陣和單元載荷向量，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)系下，集成得到整體剛度矩陣、整體質(zhì)量矩陣和整體載荷向量，然后利用整體剛度矩陣和整體質(zhì)量矩陣，通過(guò)Rayleigh阻尼求解整體阻尼矩陣； S104、基于海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)的整體剛度矩陣K、整體質(zhì)量矩陣M、整體阻尼矩陣C和整體載荷向量F，建立海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)模型，表征海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)方程如下： 式中，為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體加速度向量；為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體速度向量；δ為海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)整體位移向量。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋隔水管多結(jié)構(gòu)全耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的模型建立方法，其特征在于，所述步驟S101中，環(huán)境參數(shù)包括水深、海流、波浪和土壤參數(shù)； 結(jié)構(gòu)物理參數(shù)中，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)包括平臺(tái)RAO數(shù)據(jù)，平臺(tái)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、平臺(tái)縱蕩、橫蕩和艏搖運(yùn)動(dòng)引起的附加質(zhì)量，縱蕩?艏搖運(yùn)動(dòng)耦合附加質(zhì)量、橫蕩?艏搖運(yùn)動(dòng)耦合附加質(zhì)量，平臺(tái)縱蕩和橫蕩速度，平臺(tái)縱蕩、橫蕩和艏搖方向的風(fēng)力系數(shù)、流力系數(shù)和二階波浪力系數(shù)； 錨泊定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)為結(jié)構(gòu)外徑、錨鏈長(zhǎng)度、密度、濕重、彈性模量、泊松比、附加質(zhì)量系數(shù)、慣性力系數(shù)和拖曳力系數(shù)； 動(dòng)力定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)為推進(jìn)器個(gè)數(shù)和推進(jìn)器基本參數(shù)； 張緊器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)包括高壓和低壓氣瓶初始?jí)毫腕w積、液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔面積、活塞及活塞桿重量以及張緊器剛度；