中远海运重工有限公司在过去10年间建造了4座深水圆筒型系列浮式钻井平台,其中3座已经交付使用,目前在墨西哥湾、巴西等海域服役。本文以第4座圆筒型钻井平台为研究对象,针对南海海域海况,对平台的水动力性能进行分析研究。本文的研究意义在于:圆筒型钻井平台的问世为我国南海深水海域油气勘探开发提供了一种新的选择。该类平台在南海海域适用性的研究,可为有关部门提供理论依据和技术支持,同时有利于我国水动力理论的发展和数据的积累。本文基于三维势流理论,采用数值计算和物理模型试验相结合的研究方法,对圆筒型浮式钻井平台在南海海域的水动力性能进行分析。论文的研究内容主要有:1)平台稳性计算分析;2)平台总体水动力性能数值计算;3)物理模型试验;4)张紧式系泊系统初步设计;5)平台耦合运动影响因素分析和系泊系统方案优化。主要研究结论如下:(1)圆筒型钻井平台由于其特殊的水线面和主船体形状,装载工况具有较大的初稳性高和较大的回复力臂,在100节强风的情况下,平台仍能满足规范要求且有较大富裕。(2)基于三维势流理论,对圆筒型钻井平台在波浪中的运动响应进行了计算,得到平台垂荡固有周期为15.93秒,横摇和纵摇的固有周期为26.82秒,并对平台响应进行短期预报,千年一遇海况下纵荡有义幅值为6.326m,垂荡有义幅值为6.610m,纵摇有义幅值为4.31°。(3)进行了圆筒型钻井平台在南海海域海况条件下的水动力性能模型试验,结果为:在一年一遇的作业海况下,纵荡有义幅值为1.996m,垂荡有义幅值为0.994m,纵摇有义幅值为3.16°,在千年一遇的极限海况下,纵荡有义幅值为6.762m,垂荡有义幅值为6.580m,纵摇有义幅值为5.39°。对比发现,垂向运动数值计算与模型试验结果较符合,而纵摇运动数值计算比试验值偏小20.0%,纵荡比试验值偏小6.4%。(4)初步设计了一套张紧式系泊定位系统,并对其水动力性能进行时域耦合数值模拟,发现由于圆筒型钻井平台具有轴对称性,纵荡、垂荡和纵摇为其主要的运动响应。在风暴条件下,纵荡最大位移为45.16m,为水深的3.0%,说明平台的水平运动响应得到了较好的控制。而平台的垂荡响应最大为9.29m,纵摇响应最大为15.93°,说明在风暴条件下垂向运动较明显,不适宜钻井作业。通过对0°和180°两个方向的环境载荷下的系泊缆受力进行计算,发现在0°方向下系泊缆更加危险,承担主要系泊拉力的No.6和No.7系泊缆受力最大,为6905KN,安全因子为1.85,刚好满足规范要求。(5)对影响圆筒型钻井平台耦合运动的相关因素进行分析,发现当系泊缆与海面夹角变大时,系泊缆受力持续变大,而纵荡位移呈现先减小后增大的趋势;当系泊缆初始长度减小时,系泊缆预张力和最大拉力增大,平台水平位移减小;当系泊缆首尾两端锚链长度增加时,系泊缆受力增加,运动响应变化不明显;通过对比三种不同的组合,发现系泊缆分为3组,每组4根的结果最优。以减小系泊缆受力为目标进行方案优化,优化后系泊缆最大受力减小了约14.8%。基于优化方案又进行了正常钻井作业海况下的计算,得到平台纵荡位移为31.90m,约为水深的2.1%,垂荡最大响应为3.10m,纵摇最大响应为6.02°,基本满足正常作业要求。最后又进行了在一根系泊缆破断情况下的缆绳受力和平台运动响应的计算,系泊缆最大受力为7315KN,安全因子为1.75,纵荡响应最大为72.99m,约为水深的4.9%,均能满足规范要求。