内转塔式系泊FPSO模型试验研究

对一工作水深为375 m的60万桶转塔式系泊FPSO系统(Floating Production,Storage and Offloading System)进行了模型试验研究.由于试验水池的尺度限制,采用了混合模型试验技术对该FPSO的系泊系统进行了等效水深截断处理,并在时域中对截断系统进行了数值重构计算.对试验和数值重构计算得出的若干水动力响应的统计值和功率谱进行了比较,结果显示两者符合得很好.     

基于混合模型试验技术的中等水深FPSO系统水动力性能研究

对一工作水深为375m的中等水深FPSO系统的水动力性能进行了模型试验研究和数值计算.采用了混合模型试验技术进行等效水深截断系泊系统的模型试验并在时域中进行了数值重构计算.对试验和数值重构计算得出的水动力响应的统计值、功率谱和RAO等进行了比较,结果显示两者符合得很好.最后,对全水深实际系泊系统的FPSO进行了时域数值模拟计算,预报了该FPSO系统在几种环境条件下的水动力响应情况.     

基于 INSGA-II 的等效水深截断系泊系统优化设计

深海平台混合模型试验的首要任务是等效水深截断系统的优化设计,其目的是以截断水深系统替代全水深系统进行试验。等效水深截断系统相比全水深系统其工作水深和跨度较小,但其它特性两者应保持一致。文章以工作在304 m 水深的10万吨内转塔式系泊 FPSO 为例,截断水深为76 m,采用改进的非支配排序遗传算法（INSGA-II）对等效水深阶段系统进行了优化计算,同时考虑了总系泊系统水平和垂直两个方向以及具有代表性的单根系缆的静力特性。此实验数值结果表明,所采用的数学模型、优化方法是行之有效的。     

等效水深截断系统优化设计问题的新求解方法

考虑总系泊系统水平和垂直两个方向的恢复力以及具有代表性的单根系泊缆静力等特性进行等效水深截断系统优化设计,以替代全水深系统进行混合模型试验.在使用混合离散变量模拟退火方法时提出了一种"接力棒"寻优方式,若每棒寻优结束后变量到达上限或者下限时,须扩大上限或缩小下限.以工作水深为320m的10万吨内转塔式系泊FPSO作为研究对象,其截断水深为80m进行等效水深截断系统优化设计计算.数值试验结果表明,截断系统设计是成功和有效的.     

基于混沌算法的等效水深截断系泊系统优化设计

为替代全水深系统进行混合模型试验,设计了等效水深截断系统。同时考虑总系泊系统以及具有代表性的单根系泊缆静恢复力特性相似,采用改进的变尺度混沌算法对等效水深截断系泊系统进行优化计算。选取了一工作水深为1500m的新型单柱式(Spar)平台,对其截断水深为700m的等效截断系泊系统进行优化设计,数值试验结果表明,截断系统的设计是合理的、可靠的。     

FPSO和外输系统的模型试验截断技术研究

以"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"的开发模式为研究对象,在西非1700m水深条件下,进行了FPSO及其外输系统的模型试验方法研究。基于静力相似和动力相似准则对外输油管进行了等效设计,提出了一种新型的外输油管模型试验等效设计方法;基于静力相似准则,对FPSO多点系泊系统在0°至180°的环境方向下进行了等效水深和等效水平刚度的截断设计,并对其进行静力优化;同时为避免FPSO和外输浮筒的系泊系统之间的干涉影响,对外输浮筒系泊系统进行了水平等效设计;在此基础上设计了模型试验方案。然后分别对截断前与截断后的"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"全系统进行了时域耦合分析,对比发现截断前与截断后计算结果吻合良好,验证了该模型试验方案设计的可行性。     

FPSO单点系泊系统动力截断优化设计

浮体系泊系统在海洋工程水池进行模型试验时，由于水池尺度有限，首先对系泊线进行等效截断设计，是被动式混合模型试验的重要一步。截断设计时，基于细长杆理论，模拟系泊线的非线性动力特性，将计算所得时域内的系泊力转换到频域响应，选择有代表性的频率及响应建立目标函数，结合NSGA II优化算法，确定最优截断系泊参数，计算快速准确。针对一作业水深420m的FPSO单点系泊系统，进行水平截断设计。截断前后系泊系统和单根系泊线的静力特性吻合很好。截断系泊系统在不同环境载荷作用下的总体响应和系泊动力，都与截断前一致。证明了截断设计的合理性和准确性，为后续的模型试验工作打下了基础。     

考虑静力特性相似的等效水深截断系统的优化设计

主要考虑静力特性相似进行了深海平台混合模型试验中的等效水深截断系统优化设计研究。优化方法选用混合离散变量模拟退火法和离散复合形法,目标函数为截断系统和原系统的静力特性相似程度,通过选取适当的设计准则,能在一定程度上减小截断系统与全水深系统动力特性之间的差异。建立了锚泊线材质数据库,以锚泊线材质名和直径作为关键字。在计算锚泊系统静力特性时,先用四阶龙格库塔法求解单根锚泊线的静力特性,然后通过拉格朗日插值法求解总系泊系统的静力特性。采用C 语言基于面向对象方法开发了计算机程序。具体优化计算时,先分别用两种优化法计算出相应的结果,然后选取较好的一个作为最终结果。以一个工作水深为320m的10万t内转塔式系泊FPSO为例,进行了等效水深截断系统优化设计计算,截断水深选为160m,并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验,比较两者的试验结果发现,截断系统设计是成功的。     

水深截断系泊缆动力特性试验研究

采用Froude相似准则和常规缩尺比在现有试验水池很难对深水系泊缆进行完整模拟.一种可行的方法是对全水深系泊缆进行截断,设计静力和动力特性都与全水深系泊系统等效的水深截断系泊系统.但是如果深水平台的工作水深很大,或者是现有水池的工作水深很浅,就需要对全水深系泊缆进行较大的截断.文章对一工作在15OOm 水深的Cell-Tress Spar平台在现有4m水深的水池进行了模型试验.虽然采用了1:100的模型缩尺比,但是截断因子仍然较大.文中给出了6种水深截断系泊缆方案,主要参数均各不相同.通过单缆模型试验对水深截断系泊缆的动力特性进行了研究,并采用其中2种水深截断系泊缆进行了不规则波模型试验.结果表明,增大直径和单位长度空气中重量可以有效增加水深截断系泊缆的动力响应,合理控制轴向刚度可以保证在整个位移范围内的动力响应变化趋势.因此认为,如果合理地选择了水深截断系泊缆的所有参数,较好模拟全水深系泊缆的动力响应是可能的.     

浮式生产储油系统的水池模型试验研究

浮式生产储油系统(FPSO系统)问世二十多年来,已成为当今海洋石油开发的主流设施,在我国也有广泛应用.海洋工程水池模型试验是当今研究FPSO系统水动力性能最为可靠的办法.本文针对FPSO系统模型试验的作用与目的,以及海洋工程水池模型试验中的几个关键问题,包括试验海况的选择、模型缩尺比的选择、试验持续时间的选取、系泊系统和立管系统的模拟及尺度效应问题等,进行了阐述,供FPSO系统设计和研究时参考.     

可调式水下软刚臂单点系泊方案试验研究

针对渤海浮式生产储卸油轮(FPSO)浅水系泊,提出一种简易可调节式水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案。该方案对传统单点进行改进,将军柱移到水下,无水上系泊塔,减小了载荷作用;其系泊臂为水下可调节刚性结构,可按作业水深调节FPSO的铰接点。对方案进行模拟试验,包括FPSO满载和压载、百年一遇和作业工况。试验主要考察方案运动和系泊力并与理论计算进行对比分析。结果显示:试验值大多小于理论值,它们的误差除横荡在15%左右外,其余误差基本在9%以内。     

水下软刚臂单点系泊研究

针对渤海浅水边际油田开采工程,提出一种可调节系泊臂铰接点高度的水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案,无水上系泊塔,将军柱在水下,可根据作业水深调节系泊臂与船艏系泊支架的铰接点,能反复利用。水动力分析、数值计算和模型试验结果显示:数值计算和模型试验数据接近,系泊力和纵荡的误差在合理范围内,表明系泊方案计算合理。     

“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析

国内有多艘大型软刚臂系泊FPSO在浅水服役,或多或少均存在一定故障,因此浅水FPSO水动力性能和安全问题受到广泛重视。"海洋石油112"号FPSO软刚臂单点系泊系统位于渤海浅水水域。文中对该单点系泊系统进行了系泊分析数值模拟,并与水池试验结果进行对比,验证三维动力响应数值模拟在浅水中应用的准确性。     

VLCC级FPSO海上连接的模型试验及虚拟模拟(英文)

阐述了VLCC级.FPSO海上连接的模型试验和虚拟模拟,以及其研究结果如何应用于指导FPSO与SYMS存极浅水中的连接作业.模犁试验和虚拟模拟研究范围覆盖了各安装阶段,包括海上就位试验、就位及连接临时交义缆、系泊腿连接、压载灌浆直至达到风暴安全状态.模型试验不仅可以核实FPSO就何拖拉力要求,而且可以确定FPSO和安装驳船的运动幅值和系泊力大小.而虚拟模拟则可以虚拟模拟环境,通过虚拟模拟确认关键作业人员、作业执行方案和作业程序中潜在的问题.该文介绍的模型试验和虚拟模拟方法可以进一步推广到各种浮式平台的深水应用中.     

多成份缆索静力特性测量及调整

针对一工作水深为160m的转塔式FPSO的系泊缆索,研究了在空气中测量和调整多成份系泊缆索静力特性的方法,并在模型试验水池中测量了经过调整的系泊缆索的静力特性,其结果与期望值符合程度令人满意.因此,可认为采用此法测量及调整多成分缆索的静力特性是适宜的.     

FPSO软刚臂单点系泊系统动力分析

本文针对渤海油田浅水FPSO软刚臂单点系泊系统,利用多刚体动力学的分析方法,建立软刚臂系泊系统动力方程进行受力分析,得到FPSO在风浪流中运动时转塔上的系泊力,并与模型试验实测得到的系泊力进行对比,以验证动力方程与计算程序的正确性.二者对比的结果吻合良好,动力分析方法正确,故可应用于对系泊系统的模拟和对FPSO运动中系泊系统的受力预测.     

半潜式钻井平台锚泊系统设计与试验验证

针对某深水半潜式钻井平台,为其设计1套多点扩展式锚泊系统。采用数值方法计算船体与系泊系统耦合动力响应,并通过水池模型试验对计算结果进行验证。结果表明,在钻井作业与生存工况下该平台的最大水平偏移与系泊张力均满足规范要求。通过计算结果与试验结果的对比发现,由于水池试验采用等效截断方法低估了系泊缆绳本身的质量惯性与所承受的流体载荷,导致系泊张力的计算结果略大于实验结果。     

后勤保障浮式码头耐波性能试验

采用模型试验方法对后勤保障浮式码头耐波性能进行研究。设计浮式码头物理模型和系泊系统模型。采用静水衰减试验，得到浮式码头的横摇和纵摇阻尼。采用规则波（Regular Wave，RW）试验，得到浮式码头的运动响应幅值算子（Response Amplitude Operator，RAO）曲线，并与数值计算模型进行对比，相互验证有效性。采用不规则波（Irregular Wave，IRW）试验，分析浮式码头的运动性能和四点锚泊性能，并与数值计算模型进行对比。结果表明模型试验与数值计算模型吻合较好，可为后勤保障浮式码头设计提供相应的参考依据。     

西非海域FPSO系泊系统动力响应及设计分析

针对西非海域1 500 m水深多点系泊FPSO系泊系统,利用全耦合分析软件Orca Flex建立不规则涌浪和风浪流联合作用下船体/系泊线耦合系统模型,对FPSO系泊系统时域的动力响应结果进行统计分析,结果表明,系泊系统满足了西非海域百年一遇飓风海况下的设计标准及FPSO运动响应标准。     

多点系泊起重船数值分析与试验对比研究

以一艘工作水深46m的现役起重船为研究对象,采用基于全QTF法的时域准静态分析法对实际尺度起重船与系泊系统进行耦合数值分析,并与1:50的模型试验结果进行比较。结果表明:由于不考虑粘性阻尼影响,纵荡、纵摇的计算结果偏大,垂荡运动计算结果较为可信;垂荡、纵摇运动具有一阶低频成分,该响应对起重船的作业安全具有一定的威胁,应当给予重视;粘性阻尼、缆绳动力响应与水深对系泊起重船运动与缆绳张力的影响还有待研究。