第七代超深水钻井船环境烈度因子研究

介绍了钻井船环境烈度因子的计算方法及其在结构设计上的应用,以第七代超深水钻井船为例对环境烈度因子的应用方法与原理进行阐述。基于波浪载荷直接计算方法,分别计算第七代超深水钻井船在北大西洋与指定作业地点两种环境条件下的波浪载荷长短期响应,最后得到典型钻井船环境烈度因子,对算得的钻井船环境烈度因子结果进行分析,确定钻井船结构设计的控制工况。     

环境烈度因子在FPSO船体梁强度评估中的应用

由于作业方式不同,用于计算FPSO与不限定航线条件下船舶设计载荷的规范计算公式不一样,如何将现有的关于普通海船的规范用于FPSO的设计评估是FPSO研究中的关键问题。基于现有常规钢质海船规范,文章采用环境烈度因子(ESF)对用于计算运营于无限航区船舶设计载荷的规范公式进行修正,将修正后的公式作为FPSO设计载荷的计算公式。利用所得FPSO载荷计算公式计算某30万吨FPSO设计载荷,并采用薄壁梁理论对船体梁强度进行校核。将校核结果与未经ESF修正的船体梁校核结果进行比较,发现未经ESF修正的船体梁校核结果明显偏大。同时,采用薄壁梁理论进行船体梁剪切强度评估,可以避免建立全船有限元模型。     

环境烈度因子在FPSO船体梁强度评估中的应用

由于作业方式不同,用于计算FPSO与不限定航线条件下船舶设计载荷的规范计算公式不一样,如何将现有的关于普通海船的规范用于FPSO的设计评估是FPSO研究中的关键问题.基于现有常规钢质海船规范,文章采用环境烈度因子(ESF)对用于计算运营于无限航区船舶设计载荷的规范公式进行修正,将修正后的公式作为FPSO设计载荷的计算公式.利用所得FPSO载荷计算公式计算某30万吨FPSO设计载荷,并采用薄壁梁理论对船体梁强度进行校核.将校核结果与未经ESF修正的船体梁校核结果进行比较,发现未经ESF修正的船体梁校核结果明显偏大.同时,采用薄壁梁理论进行船体梁剪切强度评估,可以避免建立全船有限元模型.     

极端海况下深水单点系泊系统FPSO运动响应分析

针对500年一遇的极端海况条件,对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究,为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据.基于水动力计算软件AQWA和ORCAFLEX,分别研究了500年一遇海况波浪主控环境条件、风主控环境条件、流主控环境条件对15万吨深水单点系泊FPSO运动响应的影响.计算结果表明:压载状态下运动响应幅值普遍大于满载状态下的运动响应幅值,波浪主控环境条件对FPSO运动响应的影响要明显大于风流主控环境条件,且风浪流成夹角作用时FPSO运动响应更大.     

FPSO海洋工程电力负荷计算方法分析

FPSO海洋工程电力负荷计算从初期概念设计、基础设计、一直到详细设计、贯穿整个设计阶段,是确定FPSO电力系统供电方案的可行性的重要依据。本文基于FPSO项目,通过对海洋工程的特殊工作性质,覆盖FPSO全工作周期,分析FPSO上部模块及船壳在正常操作工况、卸油工况、航行工况、应急工况以及黑启动工况。各工况下,并基于过程控制数据来考虑各设备的运行模式,连续、间断以及备用状态。在船舶电力负荷计算方法的基础上,整理出针对FPSO的电力负荷计算的方法。对独立进行FPSO自主前端研发设计,深入了解FPSO电力系统设计、发电机及变压器的选型,起着至关重要的作用。     

油船改造与新建FPSO差异性分析

为了填补我国在油船改造FPSO设计技术方面的不足,开拓FPSO海外市场,从船级社规范、项目工期、工程造价等方面对比油船改造FPSO和新建FPSO的差异,基于BV NI 593规范,阐述改造FPSO的船体结构评估豁免权的适用条件,解析更新板厚的计算方法。对比改造与新建FPSO交付周期,分析4个载重吨级油船改造与新建FPSO的投资案例,结果表明,油船改造比新建FPSO优势明显。     

圆筒型FPSO在波浪中运动响应特性研究

圆筒型FPSO作为一种新型海洋工程装备,逐渐被应用于全球海洋油气资源的开发。该文以适用于南海深水油气田开发的圆筒型FPSO为研究对象,基于三维势流理论和莫里森（Morison）方程,采用Sesam软件建立圆筒型FPSO的湿表面模型和水动力计算模型,并对圆筒型FPSO在波浪中的频域运动响应特性进行计算,将载重量相近的圆筒型FPSO与船型FPSO的纵摇、横摇和垂荡运动响应进行对比研究,结果表明圆筒型FPSO的运动特性优于船型FPSO。该文同时也对不同船体直径、阻尼板直径、船体吃水以及环境条件重现期下的圆筒型FPSO垂荡运动响应进行研究,研究结果对于圆筒型FPSO的总体设计具有重要指导作用。     

FPSO防爆墙防护能力分析

FPSO容易发生油气泄露引发火灾爆炸事故,造成人员和财产伤亡。防爆墙是FPSO上主要的抗油气爆炸设施,在设计时需要对防爆墙的防护能力进行计算校核。基于API指南相关要求,设计了6组油气爆炸冲击载荷,基于非线性有限元法,计算分析了FPSO防爆墙响应的结构损伤。结果表明,FPSO防爆墙可以有效抵抗爆炸冲击载荷。     

深水FPSO总纵强度分析和结构设计

深水浮式生产储卸油装置(FPSO)船体为超肥大线型,远洋拖航自存和在位作业满载极端环境工况是FPSO船体设计的控制性工况。基于GL ND《海上拖航指南》和BV船级社规范,优化确定FPSO远洋拖航自存工况的吃水。基于远洋拖航航线和作业海域的环境条件,应用DNV SESAM软件计算FPSO船体波浪载荷和运动加速度,为船体、上部模块、管廊模块和主甲板管道支架设计提供基础数据。FPSO油舱段采用“干式安全带”保护设计理念,减轻了船体结构腐蚀。应用BV VeriSTAR Hull软件分析油舱段船体结构强度,得到船体的应力水平、应力分布和变形。在中间货油舱内设罝横撑杆,提高了船体横框架强度和刚度,降低了主甲板强横梁、船底肋板和纵舱壁垂直桁的尺寸,减轻了船体自重。基于累积损伤的简化疲劳分析方法,应用DNV SESAM软件分析FPSO船体结构疲劳,综合考虑了拖航、海上安装和在位作业工况,得到FPSO船体关键结构处的疲劳寿命。     

软刚臂单点系泊系统系泊力计算两种方法对比

为比较软刚臂单点系泊系统系泊力计算中的两种不同方法,运用ANSYS-AQWA软件,基于三维势流理论基础,应用源汇分布法,分别采用频域和时域方法,计算某FPSO的运动响应和系泊力,讨论了两种方法的优缺点。频域方法基于准静态,按照CCS规范进行,方法简单,误差较大,适用于初步方案设计阶段;时域动态方法基于多体动力学,充分考虑系泊系统的结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,对FPSO及系泊系统进行耦合分析,能更好的预报系统的运动响应和系泊力,适宜在详细设计阶段使用。     

考虑腐蚀损伤的FPSO船体结构强度LC演变特性

在建立全船有限元模型的基础上,基于腐蚀模型完成各服役年限模型的更新,并使用自主开发的软件,依据规范,对浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)船体结构进行屈服强度与屈曲强度的直接计算。结果表明,在生命周期(Life Cycle,LC)内各年限船体结构强度计算结果均满足规范值。受腐蚀损伤影响,FPSO船体结构的屈服利用因子与屈曲利用因子逐渐增加;随服役时间增加,二者增长趋势逐渐加快。研究结果对FPSO的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。     

永久系泊FPSO在极端天气下的防损策略

针对近几年中国海域多次出现超过现役FPSO设计环境条件的超强台风,导致永久系泊FPSO在风浪流作用下,单点系泊力可能超出安全限值的问题,选取南海某永久系泊FPSO,利用水动力模型,以所在海域百年一遇环境条件,计算FPSO在不同装载工况的最大系泊力,结果表明,不同装载工况导致FPSO承受的系泊力差异较大,分析极端天气对永...     

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与运输船旁靠时液舱晃荡与船舶运动耦合效应分析

浮式生产储存船(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)与运输船进行旁靠作业时,存在两船体的运动与液舱晃荡的耦合效应.文中基于法国船级社(BV)的三维线性频域水动力分析软件Hydro STAR,首先对一艘FPSO进行了波浪中的运动响应计算,通过与试验结果对比,验证了数值模型和计算方法的有效性.然后计算分析了液舱不同载液率及FPSO与运输船旁靠这两个因素对耦合运动响应的影响.结果表明:旁靠时两者间存在遮蔽效应,且FPSO和运输船的液舱载液率对彼此的运动响应均具有一定影响.     

超大型FPSO原油质量分布模拟与水弹性响应研究

FPSO在近海油气田开发中得到了越来越广泛的应用.大多数在渤海海域服役的FPSO工作在浅水海域.主尺度大与水深吃水小,直接导致FPSO水动力特性与深水条件下船舶的水动力特性有较大区别,因此采用水弹性理论研究超大型FPSO在浅水中的运动与波浪诱导载荷响应具有重要意义.浅水超大型FPSO满载时原油重量将近占载重量的80%,因此如何正确模拟原油重量分布对干结构的固有频率、广义质量和振型的计算非常重要.本文建立了基于三维水弹性理论的数值模型,开发了有限水深复合格林函数的数值计算程序模块,对一艘300K DWT FPSO在特定水深海况下的运动与波浪载荷响应进行了研究;同时采用三种方法模拟了原油质量分布.计算结果表明,不同的原油质量分布模拟方法对水弹性计算分析影响很大.     

明珠号在西非海域多点系泊系统可行性分析

针对明珠号FPSO采用多点系泊系统在西非海域作业的可行性问题,分析FPSO在该区域环境条件下的动力响应特性,设计FPSO的系泊型式和艏向布置方位,选取生产、外输两个作业工况,以及压载和满载两个极端工况进行计算分析,结果表明,多点系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用。     

160kDWT FPSO在极浅水中运动安全性研究

位于我国渤海湾中南部的BZ25-1油田,储量超过2亿吨,根据油田工程开发方案,将采用设计满载吃水达14.5m的16万吨级FPSO作为主要生产设施.然后由于BZ25-1 FPSO就位处水深极浅,极端低水位仅16.7m,所以FFSO在遭遇海域各种恶劣环境条件时的运动响应特性问题就成为直接关系到系统安全和作业效率的重大技术问题.本文首先应用三维势流理论及时域模拟计算方法,对单点系泊FPSO在百年一遇、十年一遇和一年一遇环境条件中的运动响应及船底与海底的间隙进行数值模拟计算,然后将计算结果与模型试验结果进行比较分析.分析结果显示,满载FPSO在十年一遇和一年一遇环境条件下能够安全作业,在百年一遇环境条件时则有轻微碰底,必须减少载重量,降低吃水.这为将来FPSO的投产作业提供参考,具有较为重要的现实意义.     

30万吨FPSO生活楼设计过程中的振动控制

基于某30万吨FPSO规格书对生活楼舒适性高要求下的生活楼设计方案进行更改,使用有限元法分析生活楼设计方案变化对其振动特性的影响。对新FPSO生活楼设计方案的固有特性和其在柴油机输出激振力作用下的振动响应进行计算,将计算结果与原方案进行对比,并依据振动控制要求为该FPSO柴油机选型提出参考建议。     

基于实测数据的系泊系统疲劳时变可靠性评估

FPSO系泊系统在复杂服役环境下的疲劳可靠性问题是其在役状态评估的重点.基于船体运动监测数据,结合系泊力监测方法与时变可靠性计算方法,综合考虑海洋载荷的季节性变化与系泊链均匀腐蚀的影响,完善时变可靠性模型,针对内转塔系泊系统开展疲劳时变可靠性评估分析.     

南海小型FPSO系泊系统设计

针对南海恶劣海况下的边际油田环境条件,设计小型FPSO采用聚酯缆型材料的永久多点系泊系统,水动力分析和系泊校核计算表明,小型FPSO水动力性能良好,在生存、作业环境中的完整和破断工况下,系泊系统的最大系泊力和最大位移均满足规范要求。