半潜式平台运动及系泊系统特性研究

针对深海半潜式平台及其系泊系统的水动力特性,运用时域耦合的分析方法,对一座水深为1 000 m的半潜式平台,及其悬链线式系泊系统的水动力性能进行探索,获得频域和时域响应结果。同时阐述了平台系泊系统的设计流程,并通过系泊系统参数的变化,研究其特性寻找影响系泊系统作用的一般规律,为平台及其系泊系统设计提供参考。     

不规则波中半潜式平台及其系泊系统动力响应分析

采用时域分析方法,研究某半潜式平台在不规则波作用下的动力响应特性。重点分析在不同浪向角情况下,平台系统有1根锚链缆发生断裂时,其运动谱与锚链缆张力谱的变化特性。研究表明,在该半潜平台遭遇恶劣海况时,一旦有某1根锚链缆发生断裂,则对整个平台系统的动力响应特性将是有很大影响的。     

深水半潜式生产平台耦合动力特性对比研究

应用数值模拟与模型试验相结合的方法研究半潜式生产平台系泊状态下的耦合动力特性。建立耦合分析模型,时域内计算求解平台的动力响应,选取缩尺比为1∶60,采用等效截断模型方法对数值模拟结果进行验证。通过对比模型试验与数值模拟结果发现:等效截断系泊系统可以较好地模拟平台的位移响应,但在系泊张力方面却差异较大,此外极端海况下平台的甲板上浪问题也必须得到充分重视。     

半潜式起重平台系泊系统设计与优化研究

近年来,国内兴起了大力发展半潜式起重平台的势头,系泊系统的设计与优化是该类型平台开发中的关键问题之一。采用时域方法对半潜式起重平台系泊系统进行耦合动力分析,研究系泊系统主要参数对其动力响应特性的影响,并给出主要参数的设计优化流程,在此基础上,以能够满足安全校核且性能较优的系泊方案为目标,对该半潜式起重平台的系泊系统进行优化设计,并研究单根系泊缆发生破断对整个系泊系统的影响。结果表明:基于主要参数对系泊性能的影响规律,经优化设计得到的系泊方案,预留的安全欲度适中,能够保障半潜式起重平台在恶劣海况下的生存能力,同时具备较好的经济性。     

深水锚泊定位半潜式钻井平台性能数值与试验研究

近年来,深水半潜平台已成为海洋工程领域研究的热点。分别通过模型试验和数值模拟的方法,对不同水深和浪向条件下作业的深水半潜平台的运动以及系泊系统的受力进行全面分析。在此基础上,进一步研究平台在深水作业时的运动和动力特性,以及水深和环境海况的变化对平台运动和系泊系统受力的影响规律。同时,对比完整系泊系统的情况,对一根系泊缆破断的极端状态下平台的特性开展研究,获得运动和系泊系统受力的变化规律。对比发现试验和数值的结果能较好地相互吻合,且均能满足相应的安全度要求,保证平台实际作业时的可靠性,为深水半潜平台设计中的安全极限计算提供一定的依据。     

内孤立波下深水半潜式平台系统动力响应研究

我国南海海域海洋环境条件复杂且海水密度垂直层化现象显著,内孤立波活动频繁,因内孤立波而造成海洋开采平台破坏的案例屡见不鲜。依托水动力计算软件AQWA二次开发功能,采用Kdv方程,借助Fortran语言将深水半潜式平台立柱、浮箱、系泊系统3部分的内孤立波作用力叠加到外力项中,联合求解半潜式平台的6自由度动力响应特性。数值模拟结果表明,在内孤立波作用下,半潜式平台的运动及系泊线张力均受到了显著的影响。在不考虑系泊系统受内孤立波作用时,平台在纵荡和横荡方向上产生较大的漂移运动,最大偏移量较无内孤立波情况下增加了8倍;系泊线最大张力提高了17%,增加了系泊线断裂的风险。在考虑系泊系统受内孤立波作用时,平台的纵荡和横荡运动响应在原响应基础上继续提高15%,但是系泊线张力变化不大。内孤立波不同浪向下的平台纵荡和横荡响应相差也很明显;系泊系统合力在不同方向上的大小决定了平台不同方向上运动的大小。     

半潜平台浮子式系泊系统参数优化研究

通过在系泊缆中设置浮子可以改善系泊系统性能,降低平台运动响应。建立浮子式系泊系统的数值计算模型,验证浮子式系泊系统数值计算方法,详细分析浮子设计参数(设置位置和净浮力大小)变化对系泊缆张力特性与平台运动的影响规律,并根据得到的规律选择了优化的浮子系泊系统方案。最后对优化方案进行评估,表明优化方案可以显著降低系泊中的平台水平运动,尤其是低频运动,同时系泊缆张力变化不大,仍满足安全要求。研究结果可为今后浮子式系泊系统设计提供参考。     

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。     

深水半潜式平台锚泊系统风险分析流程研究

为保证深水钻井作业过程中锚泊系统的安全性,降低事故发生率,提高事故应急处置能力,基于故障树、工作安全分析等风险分析方法,并结合锚泊系统自身特性,设计深水半潜式平台锚泊系统风险分析流程。依据钻井作业周期顺序,从抛锚、钻井作业及起锚阶段设计锚泊系统作业风险分析流程。搜集统计锚泊系统常见事故类型,设计走锚风险分析流程,建立走锚事故应急程序。结果表明:所设计的锚泊系统风险分析流程能够弥补现有锚泊系统风险分析的不足,为开展锚泊系统全生命周期内的风险分析提供理论指导,为其它锚泊系统风险相关研究提供参考。     

深水半潜平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗研究

以一艘半潜平台为例,对其推力器和锚泊系统进行合理的布置,在给定的环境载荷条件下,研究其在1 500 m水深时的定位情况。对比分析单独使用动力定位以及锚泊辅助动力定位系统等的定位能力及功率消耗。分析结果表明,在满足定位精度要求的前提下,如果单独使用动力定位,平台消耗功率过大,不够经济;使用锚泊辅助动力定位,则效果最佳,是较理想的定位方式。     

Hybrid Verification of A Deepwater Cell-Truss Spar

Hybrid model testing technique is widely used in verification of a deepwater floating structure and its mooring system,but the design of the truncated mooring systems which can reproduce both static and dynamic response same as the full-depth mooring system is still a big challenge,especially for the mooting systems with large truncation.A Cell-Tress Spar operated in 1500 m water depth is verified in a wave basin with 4 m water depth.A large truncation factor arises even though a small model scale 1:100 is adopted.Computer program modules for analyzing the static and frequency domain dynamic response of mooting line are combined with multi-objective genetic algorithm NSGA-II to optimize the truncared mooting system.Considering the asymmetry of layout of mooring hnes,two different truncated mooring systems are respectively designed for both directions in which the restoring forces of the.mooting system are quite,different.Not only the static characteristics of the mooting systems are calibrated,but also the dynamic responses of the single truncated mooting line are evaluated through time domain numerical simulation and model tests.The model test results of 100-year storm in the GOM are reconstructed and extrapolated to a full depth.It is found that the experimental and numerical resuits of Spar wave frequency motion agree well,and the dynamic responses of the full-depth mooring lines are better reproduced,but the low frequency surge motion is overestimated due to the smaller mooring-induced damping.It is a feasible method adopting different truncated mooring systems for different directions in which the restoring force characteristics are quite different and cannot be simulated by one truncated mooring system.Hybrid verification of a deepwater platform in wave basin with shallow water depth is still feasible if the truncated mooring systems are properly designed,and numerical extrapolation is necessary.     

Numerical and Experimental Research on the Global Performances of Cell-Truss Spar Platform

Spar technology has been applied to the deep-sea oil and gas exploitation for several years.From the first generation of classic spar,the spar platform has developed into the second generation of truss spar and the latest cell spar.Owing to its favorable adaptability to wide range of water depth and benign motion performances,spar has aroused quite a lot of interests from oil companies,universities and research institutes.In the present paper,a new cell-truss spar concept,put forward by the State Key Laboratory of Ocean Engineering(SKLOE)at Shanghai Jiao Tong University,is studied both numerically and experimentally.The numerical simulation was conducted by means of nonlinear time-domain fully coupled analysis,and its results were compared to the experimental data.Whereafter,detailed analysis was carried out to obtain the global performances of the new spar concept.Proposals for the improvement of numerical calculation and experimental technique were tabled meanwhile.     

深水Spar钻井生产储卸油平台涡激运动及其影响研究

针对应用于中国南海的新型深水Spar钻井生产储卸油平台进行了涡激运动特性与影响的研究。对该平台进行涡激运动拖曳试验,根据规范和动力学分析得出平台的拖曳力系数和升力系数,通过比较南海流速分布情况与平台涡激运动与流速关系发现:该平台在一般海况下即可发生幅值为10 m左右的涡激运动;对平台进行水池模型试验,进一步验证涡激运动拖曳试验结果并分析平台运动性能,对平台受到的脉冲拖曳力和升力载荷进行了初步校验。通过模型试验对平台涡激运动特性有了初步认识,发现在百年一遇条件下,平台脉动拖曳力载荷与升力载荷比为1∶3;一年一遇条件下,平台脉动拖曳力载荷与升力载荷比为1∶1。根据试验结果对数值模型进行了修正并与试验值进行比较,比较结果表明经过修正后的计算结果与试验结果取得了良好的一致性。比较了全尺度下涡激运动对于平台系泊系统和平台水平位移的影响,结果表明:涡激运动的存在使得Inline方向系泊张力增加5%,并使得系泊缆受力分布产生变化,位移增加27%;Between line方向张力增加15%,位移增加2.5%。涡激运动对于平台极限张力以及极限漂移出现方向还有待进一步研究。涡激运动对于平台系泊系统疲劳寿命的影响还需进一步研究。     

一种适用于深水浮式海洋平台结构的新型系泊系统设计及水动力性能分析

作为浮式结构最常采用的两种系泊方式,悬链式系泊和张紧式系泊皆存在不足。本文提出了一种新型系泊系统,并以一深水FPSO为例,采用完全时域耦合分析方法,对不同工作水深情况下的浮体及新型系泊系统的运动性能进行了数值模拟,并将该新型系泊系统的仿真结果与传统的张紧式系泊系统进行了比较,分析了新型系泊系统在浮体运动性能、缆索张力等方面的改善,同时探讨了该新型系泊系统的最佳工作水深。     

系缆损伤对绷紧式系泊系统动力响应的影响

探究合成纤维系缆损伤对绷紧式系泊系统响应的影响,具有重要的工程意义。通过高强聚乙烯(HMPE)缆绳损伤动刚度实验,获得其动刚度随损伤的演变规律。在数值计算上,借鉴并合理简化了前人提出的动刚度经验公式,通过处理实验结果确定动刚度经验公式的参数并进行验证。在此基础上,以一座采用高强聚乙烯缆绳为主体系缆的FPSO为例,将所得动刚度经验公式导入系泊分析软件,结合水动力分析,计算得到在相同海洋环境中,系缆发生不同程度损伤时,各系缆张力和平台偏移响应的结果。通过处理、分析所得的计算结果,获得合成纤维缆绳损伤演变对绷紧式系泊系统响应的影响规律,并据此为系缆更换提供了建议。这些成果既有利于把握绷紧式系泊系统的非线性动力响应,也对安全、经济、合理地运用合成纤维系缆具有重要意义。     

深海系泊系统动力特性研究进展

系泊系统设计是深海平台开发的关键问题之一。由于深海环境载荷和系泊材料物理特性及系缆构型影响,系泊系统分析涉及流固耦合非线性、非线性流体动力及整个系泊系统的运动稳定性。总结深海系泊系统关键理论和技术研究的前沿问题,包括系泊系统系缆建模、系泊系统耦合动力分析的理论和方法等,重点分析系泊系统非线性动力学问题的研究进展,并且提出了深海系泊系统需要深入研究的若干动力学问题。     

极限海况下Spar平台系泊系统耦合动力分析

在复杂的风浪流海洋环境中,Spar及其系泊系统的耦合作用受多方面的影响。对极限海况下的某Classic-Spar平台及其系泊缆索的动力响应做了时域非线性耦合研究。重点分析了极限海况下一根或者多根系泊缆索断裂时平台运动及其缆索张力动力响应的统计特性。分析结果表明,在风浪流同向且共线的极限海况下,不同位置处的系泊缆索发生断裂,对整个平台系泊系统安全的影响程度不尽相同,尤其以迎浪方向系泊缆索的断裂影响显著。     

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。     

Study on a new mooring system integrating catenary with taut mooring

Analyzed are the merits and demerits of catenary mooring system and taut mooring system, which are commonly used nowadays. As falling somewhere between these two systems, a new mooring system integrating catenary with taut mooring is proposed. In order to expound and prove the advantages of this new system, the motion performance of a semi-submersible platform is simulated by employing full time domain coupled analysis method. A comparison of the result of new mooring system with that of taut mooring system shows that the movement of the platform using the new type mooring system is smaller than that using the taut mooring system, which ensures a better working condition. Furthermore, the new mooring system is also compatible with the characteristics of catenary mooring system, which eliminates the requirement of anti-uplift capacity of the anchors.     

深水半潜式平台张拉锚泊系统失效分析

针对深水半潜式平台在极端工况下张拉锚泊系统失效情况,基于板锚失效上拔过程中位移与承载力的关系曲线,提出在AQWA软件中用非线性锚缆模拟板锚走锚过程的方法,对深水半潜式平台张拉锚泊系统在百年一遇工况下断锚、走锚情况的平台响应、锚缆拉锚力及最大缆张力进行分析。研究表明:断锚时各锚链拉力瞬变,平台迅速发生大距离偏移;走锚时随着板锚的拔出各锚链上的拉力逐渐增大,平台位置逐渐偏移,最后达到平衡状态。单缆断锚时,迎浪向5号锚缆拉力最大;单缆断锚且单锚走锚时,3、6号锚缆拉锚力最大。失效缆超过一根时,平台偏移和单缆最大缆张力均超出规范要求,同时其它锚缆最大拉锚力极有可能出现超过板锚极限承载力的情况,最终造成整个锚泊系统破坏。