海上拖缆地震勘探前导缆动态响应预报与分析

拖缆地震采集作业时前导缆的最大悬垂深度及所受拉力对作业安全有重要影响,需对其进行分析计算和预报。本文首先对多缆拖曳系统各缆索和拖体的连接关系和受力进行了理论分析,随后采用OrcaFlex软件对12缆拖曳系统中涉及的船舶、前导缆、扩展器、主辅拖带绳和缆间扩展绳等多个构件进行建模,计算得到了船-多缆-多体的拖曳系统耦合动态响应结果,对比不同航速下前导缆的最大悬垂深度及拉力极值,分析航速对两指标的影响。最后,模拟在前导缆上加设浮鱼后的响应结果,并与海上实测结果进行对比,验证了数值模拟方法的可靠性,为实际作业中前导缆的响应预报和布缆设计提供参考依据。     

一种适用于石油平台的有缆潜标系统的设计与布放方法

针对石油平台上的海洋环境动力检测,设计一套有缆潜标系统,并进行现场布放.该设计采用从海底到石油平台垂直布放一根受力钢缆,测量设备和通讯电缆依附于受力钢缆上.布放时采用船舶布放有缆潜标水下部分,平台布放有缆潜标水面以上部分,两部分在水面附近进行连接,调整受力.该设计可以大大降低布放成本,避免有缆潜标系统缠绕平台桩腿等问题,有一定的工程施工参考价值,可以应用于石油平台的有缆潜标布放设计.     

埕岛油田海上石油平台基础冲刷研究

海洋石油平台的建立会改变平台周围的水动力条件，其中平台的基础及与之连接的海底管缆(输油管道、注水管道、海底电缆等)附近产生冲刷现象，对平台和海底管缆的安全造成威胁。根据对研究区典型平台的4次实洲水深并结合以往资料，分析了埕岛油田海上石油平台基础冲刷的过程及其规律。     

脐带缆铠装层参数对拉伸行为的影响分析

脐带缆用于连接水上浮体和水下生产系统,缆芯由钢管单元、光纤单元和电缆单元等组装而成,缆体外层是由铠装钢丝层螺旋缠绕以及聚合物外护套组装而成,截面结构复杂。利用ANSYS有限元通用软件建立双层铠装脐带缆的三维多层接触摩擦有限元模型,计算其截面拉伸刚度,将拉伸刚度数值模拟值与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较铠装层不同缠绕角度、缠绕方式和钢丝直径下脐带缆模型的拉伸刚度。结果表明:铠装钢丝层缠绕方式、缠绕角度、铠装钢丝直径对双层铠装脐带缆模型的拉伸刚度、最大等效应力模拟结果均有影响。     

考虑填充钢管脐带缆拉伸行为的有限元分析

脐带缆是连接平台或浮式生产系统与海底油井的控制管缆,缆芯由管单元、光纤单元、电缆单元、以及填充单元组装而成,缆体外层由铠装钢丝螺旋缠绕和聚合物护套组成。基于ANSYS有限元软件,建立无铠装含填充的钢管脐带缆三维有限元模型,在自由端可扭转、不可扭转约束条件下,计算模型的拉伸刚度,将拉伸刚度的数值模拟与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较含填充与不含填充两种截面形式脐带缆模型的力学性能,结果表明:填充单元、拉伸率对脐带缆模型的拉伸刚度、最大等效应力模拟结果均有影响。     

不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟

通过建立波浪作用下锚碇沉管管段运动的时域数值计算模型,对锚碇沉管的运动响应及锚碇缆受力特性进行了研究。应用集中质量法求解锚碇缆力,应用四阶Runge-Kutta法求解管段时域运动方程,计算了在不同沉深、不同周期、不同波高和不同波向条件下沉管管段的运动幅值和锚碇缆力。数值计算的结果表明:锚碇沉管的锚碇缆对沉管管段的运动起到一定的约束作用,在沉放深度较浅、波浪周期较大时,锚碇缆对沉管管段运动幅度的制约更为明显。通过五种布缆方式的计算与分析,探讨了布缆方式对沉管管段运动响应及锚碇缆受力的影响,并给出了较为合理的布缆方案。     

计及复杂海洋环境适应性的海缆敷设故障特征提取模型构建

海缆作为连接海上风电场和陆上集中控制中心的“纽带”,承担着整个风电场的电力传输和通信任务。本文以实时监测海缆运行状态、提高海缆故障诊断效果为目标,构建计及复杂海洋环境适应性的海缆敷设故障特征提取模型。本文基于复杂海洋环境对海缆敷设的影响,分析布里渊频移与电缆温度、应变的关系,构建三者之间的线性方程;结合拉曼散射信号的温...     

斋堂岛潮汐能发电动态脐带缆线型设计与分析

潮汐能是一种清洁能源,利用潮汐能发电是目前亟待开发的一种发电方式。潮汐能发电海上作业的主要输电装置是脐带缆,在浅水海域动态脐带缆随发电装置的运动幅度特别大。为了解决这一问题,采取了一种新的脐带缆敷设方式,锚缆连接的方式。利用Orcaflex软件进行模型建立和模拟计算,通过多次模拟和比较,得到脐带缆的最佳连接方式。     

全球有缆海底观测网概述

近期有缆海底观测网发展迅猛,世界各国包括加拿大、美国、日本和欧洲国家都依据自己的科学目标,建立了相应的有缆海底观测网。文章针对不同国家有缆海底观测网系统的组成和建设分别做了概述和评论。从1978年开始到现在,日本成功建设了10条有缆海底地震观测网,从早期同轴电缆作为主干电缆,发展到使用光电缆连接水下设施。加拿大成功建成近岸尺度和区域尺度两条有缆海底观测网。美国2012年成功建成目前世界上最长的一条区域海底观测网(约900km)。欧洲国家也正在开展在10个海区建立有缆观测网。跟随国外的步伐,我国和我国台湾地区也建立了自己的海底观测站(东海小衢山)和有缆观测网(中国台湾妈祖)。文章依据世界上已经建立的有缆海底观测网,分析认为与全球有缆观测网布设有关的遥控水下机器人是关键技术,并探讨了海底观测网今后的发展和面临的挑战。     

平台基有缆潜标实时内波监测系统

研究开发了一套依托于海洋平台进行安装的有缆潜标实时内波监测系统.该系统由温度传感器、温盐深传感器(CTD)、定点海流计(DVS)、终端接收机、绞车、钢缆、电缆及锚定重块等组成.温度传感器、CTD和DVS依一定的空间间隔串行连接并固定在系泊钢缆上.系统利用电缆实时供电、采用可寻址RS485总线进行控制和数据传输.集成的有缆潜标内波监测系统在中海油所属的PY30-1平台上进行了现场内波观测,成功捕获了多个内波过程,为获取长时间序列的内波实测数据、进而为开展南海内波机理和工程应用研究提供了有效的技术手段.     

水下非均匀拖缆稳态动力学分析

水下拖缆物理参数不均匀会影响拖缆的动力特性,研究非均匀拖缆的参数变化对拖缆动力特性的影响有一定的工程实际意义。建立了拖曳系统运动的三维数学模型,推导出了水下非均匀拖缆的稳态运动控制方程,在首尾两端加上相应的定解条件,直接求得或使用嵌套二分法求得非均匀拖缆在端点的初始值,进而求解稳态动力学方程。借助文献中的拖缆—海底拖车系统算例,通过计算结果的对比,验证了数学模型及计算方法的正确性。通过四阶龙格库塔法进行数值仿真计算,得到了稳态解,分析了非均匀拖缆自身物理参数变化对缆绳系统稳态运动的影响。结果表明,非均匀拖缆的切向阻力系数、法向阻力系数、直径和密度变化会影响稳态缆形和张力分布,影响的程度各不相同。最后给出了两个尾拖船系统非均匀拖缆的稳态运动算例。     

Study on the Configuration of Towed Flexible Cables

Based on the fundamental equation of flexible cable dynamics for a towed system, an easily solved mathematical model is set up in this paper by means of appropriate simplification. Several regular patterns of spatial motion of towed flexible cables in water are obtained through numerical simulation with the finite difference method, and then modification and verification by trial results at sea. A technical support is provided for the towing ship to maneuver properly when a flexible cable is towed. Furthermore, the relations between two towed flexible cables, which are towed simultaneously by a ship, are investigated. The results show that the ship towing two flexible cables is safe under the suggested arrangement of two winches for the towing system, and the coiling/uncoiling sequences of the cables as well as the suggested way of maneuvering.     

基于动态耦合的FPSO串靠外输所需拖力快速预报

以极浅水作业水深的FPSO串靠外输作业为背景,研究穿梭油轮尾部定位拖轮所需拖力大小,提出了基于动态耦合效应的拖轮拖力直接计算方法。基于三维势流理论,考虑浮式生产储油平台(FPSO)与穿梭油轮之间相互水动力干扰,进行动态耦合计算,根据力学平衡原理求得所需的拖轮拖力并分析其影响因素。结果表明:动态耦合模型算出的所需拖力值较之准动态模型更安全、经济;当FPSO与穿梭油轮距离为80 m时,既能保证外输安全性又能保证经济性;增大两船间距、增加穿梭油轮吃水、两船间采用双缆系泊,均能有效降低所需的拖轮拖力。研究结果可为FPSO串靠外输作业操作提供指导,具有一定的工程实用性。     

复杂海况下水下拖缆数值分析研究

为了解复杂海况下风浪对水下拖缆的影响进行了动力学仿真研究。以P-M谱作为海浪谱密度公式,计算一组不同频率的组成波,采用线性波浪叠加法,计算由波浪引起的空间流场速度及加速度,推导叠加波的干扰力,将不规则波引入水下拖缆动力学模型中,采用四阶龙格库塔积分法对动力学模型进行数值求解,讨论拖缆在不同海况下的动力特性。结果表明,随着海况等级的提高,叠加波的频率范围逐渐降低,拖缆的垂向偏移量以及拖点处张力均会产生明显增加及波动,且其波动周期接近叠加波的平均周期;在不同浪向角的作用下,拖缆波动规律与规则波作用下类似,但也具有一些不规则波的特点。     

基于准动态模型的提油作业拖轮适用性分析

目前,由于串靠外输方式具有对船舶吨位差异及装载状况要求小、海况适应力强、系泊力小、解脱迅速等优点,而被广泛运用于浮式生产储卸油平台(FPSO)外输作业中。串靠提油作业时,位于穿梭油轮尾部的拖轮能够提供的最大有效拖力直接影响到了作业的安全性。为完善串靠提油作业时所需拖轮拖力的研究,提出更加合理的拖轮选型理论依据,就需要对拖力进行数值计算。首先,对FPSO与穿梭油轮串靠外输系统绕系泊单点旋转时所受风、浪、流等环境载荷进行全面考虑,建立了准动态受力平衡模型;然后,运用经验公式及AQWA软件计算出环境载荷大小,并依据计算结果拟合出环境载荷曲线;最后,配合受力平衡方程求解出能够保障作业安全进行所需的最小拖力。依照此方法计算所得拖力选取的拖轮能够兼顾作业安全性和使用经济性。     

Air-floating towing behaviors of multi-bucket foundation platform

Air-floating towing beha viors of multi-bucket foundation plat form （MBFP） are investigated with the 1/20-scale model tests and hydrodynamic so ftware MOSES. MOSES numerical model was val idated by test results, and M OSES prototype model of MBFP can eliminate scale effect of model. The influences of towing factors of to wing speed, water depth, freeboard, and w ave direction on air-floating tow ing stability of MBFP were analyzed by model tests and validated MOSES prototype mod el. It is sho wn that the re duction of towing sp eed can effectively d ecrease the to wing force and surge acceleration to improve towing stability. Water depth is another f actor in towing s tability. Obvious shallow water effect will appear in shallow water with sma ll water depth-draft ratio and it w ill disappear gradually and air-floating towing becomes more stable with the increase of water depth. Accelerations of surge, s way and heave are small and they have modest changes when freeboard increases from 0.5 to 2 m. For MBFP, the freeboard is not suggested to be larger than 2 m in following wave. Wave direction has large influence on the towing stability, the surge acceleration and towing force are sensitive to the va riation of wave direction, the surge acceleration and towing force in following wave （0°） and counter wave （180°） are much larger than that in transverse sea （90°and 270°）.     

Monitoring the status of a mechanical cable while in operation by means of the acoustic emission method

The mechanical cable is an essential element in towing operations, remote control of equipment, salvage operations, civil engineering applications, etc.Failure of these cables can result in loss of life and loss of equipment worth hundreds of thousands of dollars. Obviously then, sensors that can indicate the condition of these cables so that the risk to their continued use and their remaining safe life can be determined when in operation are very important from the point of view of commercial and military interest.This paper presents a brief review of research into failure mechanisms of various cables and the acoustic emission signatures of the various cables under simulated loading. The development of a specific operational monitor for a towed cable system is also given.     

Particle Swarm-Based Translation Control for Immersed Tunnel Element in the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

Immersed tunnel is an important part of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge (HZMB) project. In immersed tunnel floating, translation which includes straight and transverse movements is the main working mode. To decide the magnitude and direction of the towing force for each tug, a particle swarm-based translation control method is presented for non-power immersed tunnel element. A sort of linear weighted logarithmic function is exploited to avoid weak subgoals. In simulation, the particle swarm-based control method is evaluated and compared with traditional empirical method in the case of the HZMB project. Simulation results show that the presented method delivers performance improvement in terms of the enhanced surplus towing force.     

深水圆筒型钻井平台张紧式系泊系统设计

基于我国南海海域环境条件,对一座深水圆筒型钻井平台设计一套张紧式系泊定位系统,利用SESAM软件对平台运动响应和缆索张力进行分析计算,得到主要运动响应为纵荡、纵摇和垂荡。分别考虑0°和180°的环境载荷方向,对比得到0°方向的缆索张力更大,且6号和7号缆承受了主要的环境力。分析了平台运动的影响因素,认为缆索夹角设定为35°时较优,适度增大系泊缆初始长度和减小两端锚链长度可较为有效地降低系泊缆受力,系泊缆总根数保持12时（4根×3组）为最优方案。根据分析结果对初始系泊方案进行了优化,在风暴工况下系泊缆最大受力减小了约14.8%。钻井作业工况和一根系泊缆破断工况下,系泊缆受力和平台位移均能满足规范要求。     

A finite element cable model and its applications based on the cubic spline curve

For accurate prediction of the deformation of cable in the towed system, a new finite element model is presented that provides a representation of both the bending and torsional effects. In this paper, the cubic spline interpolation function is applied as the trial solution. By using a weighted residual approach, the discretized motion equations for the new finite element model are developed. The model is calculated with the computation program complier by Matlab. Several numerical examples are presented to illustrate the numerical schemes. The results of numerical simulation are stable and valid, and consistent with the mechanical properties of the cable. The model can be applied to kinematics analysis and the design of ocean cable, such as mooring lines, towing, and ROV umbilical cables.