南海“浅深水”海域经典TLP平台整体运动性能分析

干式采油树应用于海上油气开发具有特定的优势,张力腿平台(TLP)作为重要的浮式干树开发平台具有广泛的应用。联系到我国海上油田具体特点及TLP平台所具有的诸多优势,未来TLP平台将是中国南海油气开发不可或缺的平台类型之一。本文针对经典TLP在中国南海北部“浅深水”(水深330m)油田千年一遇环境下整体运动性能与张力腱系统响应情况进行了研究,对TLP平台进行了全耦合时域计算分析,并对平台运动、张力腱响应及平台甲板气隙等进行了分析校核。分析结果表明：千年一遇生存条件下,平台张力腱系统安全；平台水平偏移较大,对立管设计挑战较大；平台甲板气隙较为临界,存在甲板上浪风险。     

深水半潜式钻井平台运动性能与锚泊系统分析

以一座预想在我国南海作业、工作水深3 000 m的深水半潜式钻井平台为例,应用MOSES程序对该平台的运动性能和锚泊定位能力进行了系统的分析.首先建立平台的三维湿表面模型,采用三维绕射辐射理论进行计算,获得了作用在平台湿表面上的波浪载荷和平台响应的传递函数.结合南海海况资料,对平台运动响应进行了短期预报.然后采用时域耦合分析法对该平台锚泊系统的定位能力进行了计算.研究结果对该平台的模型试验具有参考意义.     

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

张力腿平台水动力响应分析

张力腿平台作为一种典型的深水浮式平台,具有半顺应半固定的运动特征.本文以1000米水深TLP平台为例,详细叙述了TLP平台水动力分析的过程和方法,包括有限元模型的建立,水动力特征的计算,水动力荷载响应的计算以及运动响应分析.     

环境参数对浮箱系泊系统水动力性能影响

环境荷载对系泊系统受力和运动响应起着关键的影响作用,有必要对影响系泊系统的关键环境参数进行深入研究,揭示环境参数对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑张紧式和悬链式两种不同的系泊方式,建立系泊系统动力分析计算模型。结果表明:在讨论范围内,系泊力随着流速、流向、风速等环境参数的增加而增加;对于横荡和横摇,随着流速、风速等环境参数的增加,横荡和横摇曲线呈现增加的趋势;相对而言,张紧式系泊可以更好地保持系泊系统稳定。     

500 m水深张力腿平台总体运动性能分析

为了验证张力腿平台在中国南海500 m水深下的环境适应性,采用时域耦合分析的方法分析500 m水深下张力腿平台的总体运动性能,重点分析张力腿平台关键运动参数,如平台水平位移、升沉运动、气隙和筋腱张力等,基于模型试验修正的数值分析,结果表明,张力腿平台在南海500 m水深下具有良好的运动性能,可以满足作业要求。     

规则波作用下张力腿平台的非线性动力响应

建立了一种考虑多种非线性因素的张力腿平台(TLP)模型,其中包括六自由度有限位移、各自由度之间的耦合、瞬时湿表面、瞬时位置、自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性.推导出TLP六自由度非线性运动方程.对典型平台ISSCTLP进行了时域上的数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应.用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好.数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变.     

风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析

为分析风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态特性,采用叶素动量理论,建立了考虑平台运动的风荷载计算程序,并用FAST进行验证。通过AQWA二次开发实时调用耦合平台运动的风荷载计算程序进行海上TLP浮式风机全耦合动态响应分析,研究了风、浪作用下TLP浮式风机平台及张力筋腱响应特性。结果表明,平台运动致使风荷载波动幅度增大,风荷载幅值在波频处出现峰值,分析中需考虑平台运动与风速之间的耦合效应;正常工况下风荷载使得TLP浮式风机运动响应幅值在低频处的数量级明显增大,整体分析中需详细计算风荷载的影响。     

南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

新型圆筒型FPSO运动抑制结构的优化设计

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）垂荡运动性能较差等问题，设计具有通海形式的延伸筒体与减动结构的新型圆筒型FPSO。通过建立水动力分析模型，对不同运动抑制结构模型的垂荡与纵摇的固有周期和运动响应幅值算子（RAO）进行数值计算，对运动抑制结构型式的延伸筒体和阻尼孔进行优化设计。在时域耦合分析中，结合我国南海环境，通过设计合理的系泊系统，得到新型圆筒型FPSO的运动的响应历程，并对系泊系统进行安全校核。结果表明，延伸筒体高15 m、阻尼孔直径1.0 m为优化后的构型，该构型能节约成本、满足项目设计要求以及南海百年一遇的生存工况。     

新建半潜运输船在张力腿平台运输方面的应用研究(英文)

Transportation of tension leg platform(TLP) structures for a long distance has always been associated with the use of a heavy semi-transport vessel.The requirements of this type of vessel are always special,and their availability is limited.To prepare for the future development of South China Sea deepwater projects,the China Offshore Oil Engineering Corporation has recently built a heavy lift transport vessel-Hai Yang Shi You 278.This semi-submersible vessel has a displacement capacity of 50k DWT,and a breath of 42 meters.Understanding the vessel’s applicability and preparing it for use in future deepwater projects are becoming imminent needs.This paper reviews the current critical issues associated with TLP transportation and performs detailed analysis of the designed TLP during load-out and transportation.The newly built COOEC transportation vessel HYSY 278 was applied to dry transport of the TLP structure from the COOEC fabrication yard in Qingdao to an oil field in South China Sea.The entire process included the load-out of the TLP structure from the landsite of the fabrication yard,the offloading and float-on of the platform from the vessel,the dry transport of the TLP over a long distance,and the final offloading of the platform.Both hydrodynamic and structure analysis were performed to evaluate the behavior of the transport vessel and TLP structure.Special attention was paid to critical areas associated with the use of this new vessel,along with any potential limitations.The results demonstrate that HYSY 278 can effectively be used for transporting the structure with proper arrangement and well-prepared operation.The procedure and details were presented on the basis of the study results.Special attention was also given to discussion on future use based on the results from the analysis.     

张力腿式浮式风机平台的水动力和空气动力耦合响应分析

文章采用了空气动力、水动力、控制与弹性完全耦合的时域模拟方法研究了张力腿式浮式风机平台的动力响应.水动力载荷的计算采用了三维势流理论与Morison公式.空气动力载荷的计算采用了叶素动量理论和广义动态尾流理论.利用FAST软件得到了张力腿式浮式风机平台响应的时域结果,并分析了其动力响应特性.建立了描述平台纵荡运动的非线性微分方程,并采用了摄动方法求得其近似解,解释了纵荡运动中由非线性粘性效应引起的高频响应.对数值模拟结果的分析表明高频的响应分量对平台的动力性能有显著的影响.     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1：40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

新概念张力腿平台水动力性能分析

张力腿平台对水深具有高度敏感性,随水深变化,垂直面内的运动受到显著影响。对于超深水情况,对张力筋腱的设计提出更高的要求。为了改善这一状况,提出了一种新概念张力腿平台设计方案——Tension Based Tension Leg Platform(TBLP),它可以成倍地增加TLP适用的水深范围。对于已经使用的中等水深下的传统型的TLP,通过增加张力基底,就可以将其使用于更深的海域。针对这一新型TBLP概念,对典型的传统型TLP和TBLP水动力性能进行了初步分析比较,得出TBLP优于常规设计的水动力性能。     

轻型TLP垂向振动的磁流变阻尼器半主动控制研究

将磁流变阻尼器引入到轻型TLP的垂向半主动控制中.使用水动力软件AQWA求取轻型TLP频域内的一阶力、二阶力等水动力参数,通过MATLAB语言编写程序,选取线性二次型经典最优控制（LQR）算法和限界Hrovat半主动最优控制算法,通过对安装了磁流变阻尼器的TLP的垂向半主动控制进行数值模拟,并与采用LQR算法的主动控制以及无控状态进行对比,表明其具有良好的减振效果.     

张力腿平台拉索的疲劳损伤

目前在分析张力腿平台(TLP)疲劳损伤时,通常限定平台只发生小位移,未考虑不利工况下平台发生有限位移的情况.在分析模型中考虑有限大位移后,会引入多种非线性因素,也会使TLP的动力响应明显不同于小位移情况,因此研究TLP有限位移下非线性波浪载荷引起的疲劳损伤十分重要.首先求得随机海浪作用下TLP拉索应力的时间历程曲线,并采用雨流法对其进行计数得到疲劳载荷谱;然后依据Miner累积损伤模型,求得TLP拉索在不利工况下的疲劳损伤;最后对ISSCTLP平台拉索在某海况下进行了疲劳损伤短期计算,并说明TLP拉索疲劳可靠度的计算方法.     

小郭巨渔港工程防波堤平面布置方案

波浪是渔港建设中最重要的水动力因素,由于外海风浪作用强烈,影响港内渔船泊稳,需修建防波堤挡潮抗浪。从波浪角度研究防波堤平面布置,首先分析了舟山市六横岛小郭巨渔港工程的建设条件,确定防浪掩护控制标准,并提出防波堤直线形、折线形布置的8个平面布置方案。以满足渔船有效泊稳面积为准,采用MIKE21 BW模块计算在50 a一遇波浪与水位组合条件下堤后波高分布及防浪掩护效果,对8个方案进行研究,基于其中相对较优方案,进行了2个方案的优化。最终确定某渔港防波堤平面布置最优方案为:防波堤总长350 m、折堤夹角132°、直线段长122 m、折线段长228 m。     

Development of study on the dynamic characteristics of deep water mooring system

To meet the needs of those exploiting deepwater resources, TLP and SPAR platforms are used in some areas and are considered excellent platforms in deep water. However, many problems remain to be resolved. The design of mooring systems is a key issue for deep water platforms. Environmental loads in deep water effect the physical characteristics of mooring line materials. The configuration and analysis of mooring systems involve nonlinearity due to this fluid-solid coupling, nonlinear hydrodynamic forces, and their effects on stability of motion. In this paper, some pivotal theories and technical questions are presented, including modeling of mooring lines, the theory and method of coupled dynamics analysis on the mooring system, and the development of methodologies for the study of nonlinear dynamics of mooring systems. Further study on mooring systems in deep water are recommended based on current knowledge, particularly dynamic parameters of different materials and cable configuration, interactions between seabed and cable, mechanisms of mooring system response induced by taut/slack mooring cables, discontinuous stiffness due to system materials, mooring construction, and motion instability, etc.     

基于顶部张紧式立管动力分析的关键参数研究

文中提出了一种适用于工作于南中国海张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),并利用有限元软件ABAQUS/AQUA对该立管进行了模拟分析,计算用以预测立管波浪飞溅区和立管下部区域在波浪以及平台联合作用下的影响。计算时采取时域计算方法,计算过程中考虑了几何非线性的影响。并在计算完成TTR在位动力分析的基础之上,做了一定量的参数敏感性分析,重点考察立管侧向位移,弯矩以及等效应力水平对TTR一些重要参数的敏感性。结果表明,计算顶张力TTR动力分析时,必须考虑平台侧向位移跟轴向位移的耦合作用,立管响应受其顶部TLP平台以及张力比TTF的影响较大。随着立管顶部张力比TTF的增加,立管的变形逐渐变小,但顶部张力的增加同时增加了立管内部的等效应力,立管设计时应充分考虑到这两者之间的"平衡"关系。