基于多体分析的浅水FPSO和水下软钢臂系泊系统运动特性研究

基于多体动力分析方法进行FPSO和水下软钢臂系泊系统的运动特性研究。相较于非线性弹簧模拟软钢臂系泊系统或者其他近似模拟方法,多体分析方法可以充分考虑系泊系统具体结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,更好的预报系统运动响应和系泊力。本文将FPSO和水下钢臂结构模拟成2个具有6自由度的独立结构,两者用系泊链组进行连接。基于三维势流理论应用汇源分布法,首先在频域内进行FPSO的水动力参数分析,进而在时域内对系统进行耦合动力分析。本文重点讨论系泊系统黏性力和二阶波浪力对系统响应的影响,计算结果发现系泊系统黏性力对系泊力有一定影响,而在浅水条件下二阶波浪力的计算对准确预报系统运动及系泊力非常重要。     

FPSO软刚臂单点系泊系统定量风险分析

针对FPSO软刚臂单点系泊系统出现过的系泊腿失效及背向工况风险事件,以渤海某16万吨级FPSO为例,采用数值模拟的方法,计算FPSO及单点系统在百年一遇海况下的载荷效应,通过统计学方法拟合效应的概率分布,完成定量风险分析。对于系泊腿旋转失效后的风险,使用故障假设(what-if)方法,依据失效后果判断其风险权重。计算结果表明,系泊腿结构在正常情况下受拉失效的概率很小;系泊腿纵摆失效后导致的结果比横摆失效更为严重,风险权重更大。背向工况下,船艏与YOKE的间距要明显小于顺向工况,在设计时增大二者间距可有效减小碰撞风险。     

水深对软刚臂单点系泊FPSO动力响应的影响

系泊系统的定位能力是浅水油田作业的软刚臂式单点系泊FPSO安全作业的重要保障,为研究不同水深/吃水比下单点系泊系统的受力性能,针对一艘16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法,建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用Newman近似法和Pinkster近似法分析了FPSO所受二阶波浪力,在时域内计算了不同水深/吃水比对系泊系统动力响应性能的影响。结果表明,随着水深/吃水比的增加,Newman近似法计算得到二阶波浪力先增大后减小,引起单点系泊系统载荷先增大后减小;而Pinkster近似法计算得到的二阶波浪力逐渐减下,引起单点载荷逐渐减下。在浅水条件下,Pinkster近似法具有较好的适用性,Newman近似法严重低估了FPSO所受的二阶波浪力;在深水条件下,Newman近似法能满足工程计算的要求;适用两种方法的临界水深/吃水比为1.64。     

转塔位置对FPSO水动力性能的影响

转塔位置是内转塔式FPSO设计中的重要参数,对风标效应以及运动和系泊力等有重要影响.采用时域分析方法分别计算了10万吨级FPSO在不同转塔位置时百年一遇风、浪、流海洋环境条件作用下的运动响应和系泊力,分析了不同转塔位置对FPSO水动力性能的影响.计算结果与模型实验进行了比较,结果表明,转塔位置的变化对FPSO风标效应、转塔系泊力等影响显著.分析结果对于选择理想的转塔位置具有一定的实际意义.     

半潜式支持平台系泊系统的设计方法及应用

系泊系统是半潜式支持平台抵抗恶劣海洋环境作用、限制平台偏移、实现海上定位的重要设备，辐射状多点系泊是常用的布置方式。针对该平台系泊系统开展了设计方法和分析流程研究，阐述了系泊系统配置设计，包括系泊缆的数量、抛出长度、单根系泊缆的刚度、直径、破断负荷、定位锚的型式、最大抓力等；系泊系统的布置设计，包括系泊缆之间的水平夹角、系泊绞车、导缆器、定位锚的位置等；同时归纳风载荷、流载荷以及波浪慢漂载荷的常用估算方法；总结适用于该类平台系泊系统设计的规范要求。将上述方法和流程应用于某型半潜式支持平台系泊系统的开发和设计，采用系泊定位分析程序MIMOSA对该系统的定位能力进行分析，研究了系泊缆形状、夹角等参数随张力的变化特征，同时系泊缆按照船级社的规范要求进行衡准，反复调整和优化系泊系统的配置和布置方式，直至系泊系统满足要求，最终设计出较合适的系泊系统。相关方法、流程和结论为实际工程项目提供重要的设计思路。     

浅海新型FPSO-IQFP多点系泊系统设计研究

海上油气生产要求FPSO具有低幅运动的特性,因此系泊系统性能的优劣直接影响生产作业的效率和安全。针对新概念FPSO-IQFP(圆角倒棱台形FPSO)的浮体特点和边际油田经济性开发的需要,设计一套经济有效的多点系泊系统。首先,将钢制悬链线系泊系统和聚酯纤维张紧式系泊系统作为备选方案,根据定常力计算结果并参照工程经验,给出两种系泊系统的初始设计方案,并进行二者的静特性分析,探讨系泊参数对系泊系统受力和位移的影响规律;在此基础上,结合时域计算结果,确定系泊系统的优化设计方案;最后,给出系泊系统的回复力和浮体位移之间的关系曲线,并在静力范围内比较两种系泊系统的优劣性。静力分析结果初步验证,较之悬链线系泊系统,张紧式系泊系统用于浅水作业的IQFP上更具优越性。     

双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器（PTO）的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。     

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。     

圆筒型FPSO优化设计与水动力性能分析

针对圆筒型海上储油装置FPSO垂荡运动性能较差、无法安装干式井口的问题,设计了带延伸筒体与矩形阻尼结构的圆筒型FPSO,根据延伸筒体与矩形阻尼结构是否通海分为两种型式。建立水动力计算模型,比较分析不同延伸筒体和阻尼结构型式对FPSO水动力性能的影响。针对南海作业海域,设计了悬链式系泊系统,基于JONSWAP波浪谱对FPSO的运动进行时域预报,并对系泊系统进行校核。分析结果表明:通海型FPSO垂荡固有周期显著提升,可以错开南海百年一遇谱峰周期,通海型FPSO满足钻井、安装干式井口的运动响应要求,系泊系统系缆张力满足规范要求。     

内孤立波作用下FPSO动力响应特性

以KdV、eKdV和MCC理论的适用性条件为依据,利用内孤立波产生的瞬时速度和瞬时压力沿船体表面求面积分的方法分别计算浮式生产储油卸油装置(FPSO)内孤立波摩擦阻力和Froude-krylov力,再结合时域有限位移运动方程,研究了有限深两层流体中的内孤立波与带分段式系泊缆FPSO的相互作用问题。以东沙群岛某海域实测170 m振幅的内孤立波为对象,数值分析了在内孤立波作用下FPSO的内孤立波动态载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波会对FPSO产生突发的冲击,使FPSO产生大幅度水平漂移运动,导致系泊缆张力显著增大。在该振幅内孤立波作用下,FPSO受到的水平力最大可达56 t,垂向力最大可达1 961 t;纵荡位移可达47.62 m,系泊缆张力增加最大可达106.4 t。因此,在FPSO等深海浮式结构物的设计应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。     

日照港30万吨油码头船舶泊稳物理模型试验研究

日照港拟在岚北港区建设30万吨级原油码头,通过实验测定了船舶在风、浪、流作用下对码头结构的作用力、船舶运动量最大值、最大缆绳拉力、船舶对护舷撞击能量和撞击力,为工程结构设计和操船规程的制定提供可靠依据。     

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。     

八角形FPSO串靠外输系统耦合动力响应分析

针对100 m作业水深的八角形FPSO,提出采用穿梭油轮串靠的外输方案,研究串靠外输在南海的适用性。建立由八角形FPSO及其系泊系统、穿梭油轮及FPSO与穿梭油轮之间的系泊大缆等组成的浮式多体动力学模型,根据多浮体动力学理论进行耦合时域模拟。在外输海况条件下,分析了串靠连接的环境适应性及研究大缆载荷的响应特性,对连接大缆的长度、刚度等关键参数进行了敏感性分析。研究表明,串靠外输的形式对于八角FPSO具有足够的安全性和可靠性,系泊大缆受到明显的冲击张力,张力的幅值受大缆的长度和刚度影响较大。     

南中国海油田独立开发方案讨论

从南海某油田开发方案研究出发,根据目标油田的油藏规模和储量,兼顾周边油田的区域开发需求,确定油田开发思路和钻完井机具、方式的选择方法。详细阐述油田生产处理、油气水输送、原油储存和外输的主工艺流程设计思想,系统论述油田开发主要工程设施的研究思路和方法。在经过初步工程方案筛选后,针对油田独立开发的关键设施———浮式储油生产装置(FPSO)或浮式储油装置(FSO),以改造升级旧 FPSO、旧油轮改造成 FSO 及新建 FPSO 等三个可行的开发方案为基础,确定相应的主工艺流程,从各方案技术优缺点、工期编排及工程投资估算等方面综合考虑,进行油田开发工程方案的最终选择。在此基础上,总结了南中国海油田独立开发方案的研究思路和方法,该方法对于远离陆地的油田开发方案研究具有借鉴意义。     

Improving the prediction of extreme FPSO hawser tension,using another highly correlated hawser tension with a longer time record

The floating production storage and offloading unit (FPSO) is an offshore vessel that produces and stores crude oil prior to tanker transport. Robust prediction of extreme hawser tensions during the FPSO offloading operation is an important safety concern. Excessive hawser tension may occur during certain sea conditions, posing an operational risk. In this paper, the finite element method (FEM) software ANSYS AQWA has been employed to analyze vessel response due to hydrodynamic wave loads, acting on a specific FPSO vessel under actual sea conditions.In some practical situations, it would be useful to improve the accuracy of some statistical predictions based on a certain stochastic random process, given another synchronous highly correlated stochastic process that has been measured for a longer time, than the process of interest. In this paper, the issue of improving extreme value prediction has been addressed. In other words, an efficient transfer of information is necessary between two synchronous, highly correlated stochastic processes. Two such highly correlated FPSO hawser tension processes were simulated in order to test the efficiency of the proposed technique.     

Risk in stability evaluation for floating offshore units

During the useful life of a vessel it undergoes various changes that lead to uncertainties in determining the displacement and center of gravity. Besides upgrading work, the very operation of the platform itself involving constant ballast and oil loading and unloading or the use of maintenance equipment can generates uncertainties concerning the displacement and center of gravity. These, therefore, are the parameters that present uncertainties inherent to the vessel's operations. Taking this into account, one example of the application of uncertainties on the displacement and transversal and vertical center of gravity positions will be presented in the analysis of the static stability of a converted FPSO tanker. Another question raised in this work is the deterministic treatment of certain criteria for the parameters that depend on random factors, such as wind, currents and waves. This paper will present a probabilistic approach for the calculation of the roll angle according to resolution IMO A.562 (environment criteria). The two chosen criteria for this analysis were resolutions IMO A.167 (general criteria) and A.562 (weather criterion).     

FPSO纵摇运动预报研究

FPSO船体姿态运动(纵摇和横摇)会对FPSO与穿梭油轮的靠泊、FPSO上直升机的起降、海上的补给等作业可能造成严重的影响。如能实现在一定时间内对FPSO船体姿态运动进行预报,则可大大提高这些作业的安全性和高效性。用AR(p)模型拟合FPSO纵摇运动,然后运用AR(p)模型的线性最小方差预报法进行预报,预报实例中用到的数据来自模型试验。结果表明,用时间序列法对FPSO纵摇运动进行极短期预报具有一定的精度和较小的计算量。     

Experimental Study on Allowable Berthing and Mooring Conditions of An Oil Tanker

1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎａｔａｎｋｅｒｉｓｂｅｒｔｈｅｄｏｒｍｏｏｒｅｄｔｏａｎｏｃｅａｎｐｌａｔｆｏｒｍ ,ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｕａｌｌｙｉｎｏｐｅｎｓｅａｓ,ｔｈｅｔａｎｋｅｒｗｉｌｌｓｕｆｆｅｒｆｏｒｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｗａｖｅｓ ,ｗｉｎｄａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ.Ｉｎｍｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ ,ｔｈｅｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔ.Ｉｎｓ…     

阵风及其谱模拟

作用于海洋工程结构物的风力一般可分为恒定分量和变动分量两部分，认为前者是由于稳定风速所致，后者是由于风速脉动引起的。在实验室中为了恰当地模拟海上环境，不但要实现稳定风速的模拟，而且变动风速也要满足一定要求，这即是阵风谱的模拟。本文在风速的脉动是随机的，并服从高斯分布，且是由无限多正弦风叠加而成的基础上，叙述了海洋工程模型试验中如何实现阵风谱的模拟，并给出了模拟实例。