内转塔式系泊FPSO模型试验研究

对一工作水深为375m的60万桶转塔式系泊FPSO系统(Floating Production，Storageand 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.     

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 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。     

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。     

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。     

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。     

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.