极端海洋环境下海洋固定平台生存能力及动力灾变应急对策研究

Accurate consequences prediction and risk control measurements of offshore fixed platforms subjected to extreme natural disasters are worldwide challenges for ocean oil and gas exploration industry. A project is developed to investigate disaster evolution mechanisms of platform structure under extreme marine environment, and corresponding risk emergency prevention strategies which includes investigation of dynamic catastrophic mechanism on topside module, ability of survival under extreme disaster, risk evolution and the corresponding strategies. The present research aims to explore the dynamic catastrophic mechanism and evolution process on platform structure under super typhoon. To be specific, the resistance capacity of ultimate storm is studied, the weaknesses of structure identified, an evaluation index of vulnerability is put forwarded, quantifying the consequence of catastrophe. In addition, dynamic evolution of risk and control mechanism of platform structure, optimal risk alteration path and risk control measures will be established. Finally, a framework of dynamic catastrophic emergency strategy system of platform structure will be proposed. The research findings will enrich the knowledge of offshore platform structural integrity and reliability theory, providing theoretical and technical support for the disaster prevention and reduction engineering for offshore oil and gas facilities.

本课题针对固定式海洋平台遭受极端自然灾害后果预测及风险控制的难题，系统开展极端环境下平台结构灾变演化机理及应急风险防控策略研究，包括平台结构上部组块动力灾变机理研究、平台结构抗极端灾害自存能力研究、平台结构灾变风险演化及应急策略研究三部分内容。课题试图揭示超强台风下平台结构上部组块风致动力灾变机理及灾变演化历程；研究平台结构极限抗风暴能力，识别抗风暴薄弱环节，提出平台结构抗台风易损性评估指标，量化灾变后果；建立平台灾变演化动态风险形成和控制机制，研究应急决策最优风险变更路径和风险控制措施，提出平台结构动力灾变应急决策体系。本课题将丰富和完善海洋平台结构完整性与可靠性理论，为我国海洋油气设施防灾、减灾工程提供理论和技术支持。

海洋石油平台服役过程中长期遭受复杂的海洋环境载荷作用，特别是近年来，平台服役环境越趋恶劣，超强台风引发极端风暴频发。随着海洋石油平台越来越向大型化、深水化发展，超强台风引发极端风暴导致海洋平台灾害事故将引发巨大的人员伤亡、财产损失、环境灾难和国际声誉危机。本项目针对固定式海洋平台遭受极端自然灾害后果预测及风险控制的难题，系统开展极端环境下平台结构灾变演化机理及应急风险防控策略研究，主要包括：平台气弹模型试验研究，推导平台结构原模型脉动风载荷功率谱密度，模拟平台结构顺风向和横风向脉动风载荷三维空间分布时程，揭示了超强台风下平台结构上部组块风致动力灾变机理及灾变演化历程；基于数值波浪水池，开展极端波浪下平台结构甲板上浪研究，再现甲板上浪过程中平台结构周围流场变化过程，准确预报平台结构水平和垂向甲板上浪载荷分布特征；研究极端环境下平台结构性能状态评估方法，识别平台薄弱环节，提出平台结构极端风浪下生存能力评估方法和流程，量化平台结构灾变后果；优化耐震时程合成算法，划分平台结构不同性能水准，构建平台概率抗震能力与概率地震需求模型，考虑结构不确定性与地震动不确定性之间耦合-放大效应，形成平台抗极端地震载荷易损性评估方法；基于平台结构极端环境下破坏状态和风险水准，结合平台结构服役过程中完整性管理思想和极端环境监测预警技术，构建极端环境下平台结构应急决策体系框架。课题所形成的结构灾变分析、易损性评估及抗极端载荷可靠性评价方法拓宽应用于自升式海洋平台等其他海洋结构物的安全分析中，为自升式海洋平台在穿刺应急状态下结构定量风险评估提供精确评估方法。依托本项目研究，初步建立起大型导管架结构以及上部组块结构的安全评估体系，相关成果已有效地应用于在役海洋平台结构的安全评价中，有助于丰富和完善海洋平台结构完整性与可靠性理论，为我国海洋油气设施防灾、减灾工程提供理论和技术支持。