FPSO与穿梭油轮的耦合水动力及运动响应研究

为探明通用型FPSO与穿梭油轮串靠外输模式下耦合水动力及运动响应特性,利用Aqwa软件,对通用型FPSO与穿梭油轮进行频域水动力分析,得到FPSO与穿梭油轮的水动力响应数据。选取墨西哥海域典型外输状态海况条件,开展FPSO与穿梭油轮系泊状态下耦合运动响应的数值预报,分析FPSO与穿梭油轮的间距、海况、装载工况等因素对运动响应及系泊系统载荷的影响。本文研究成果对通用型FPSO与穿梭油轮外输作业时选取合理的海况和间距具有指导意义,同时可用于指导系泊系统的设计。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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.     

西非海域外输系统中输油管的疲劳分析

外输系统在深水油田开发中得到了广泛应用,而其中输油管的疲劳问题是外输系统设计分析的关键。针对西非深水海域外输系统中的输油管展开疲劳特性分析,基于典型西非海况下外输系统整体时域耦合分析结果,对输油管时域应力曲线采用雨流计数法进行分析,然后根据合适的S-N曲线和Miner线性准则对输油管进行疲劳损伤计算。分析内容包括西非海域不同的环境条件对输油管疲劳的作用,穿梭油轮系泊情况下输油管的疲劳特性并考虑了横向升力对于输油管疲劳损伤的影响等。通过分析得出与输油管疲劳特性相关的环境参数及造成输油管疲劳损伤的主要因素,为输油管的设计与分析提供参照。     

海洋平台原油外输大缆绞车关键技术参数设计研究

在FPSO、CTV等与提油轮进行串靠输油作业的过程中,大缆绞车通过系泊大缆将FPSO、CTV等与穿梭油轮或者VLCC进行串靠系泊,使输油平台和提油轮之间的距离保持相对稳定,从而保证外输作业的安全。目前,国际上各大船级社的相关规范和标准没有对大缆绞车的设计进行系统的规定,本文分析研究了大缆绞车的设计技术指标,可为大缆绞车设计提供参考。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。     

深水浮式生产储油装置（FPSO）外输油浮筒系统研究

基于西非、东南亚等热带海域的多点系泊FPSO（浮式生产储油装置）不具备风标效应的特点,为避免串靠外输油时FPSO与穿梭油船相撞,FPSO可采用外输油浮筒系统。主要阐述了该输油系统的基本组成要素,浮筒的功能、结构和设备,浮筒锚泊定位系统以及FPSO与浮筒问输油管线的设计要点和分析方法等,旨在为南海及海外深水油气资源的开发提供指导与参考。     

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与穿梭油轮的旁靠时域分析及系统优化

[目的]针对FPSO在中国南海海域的作业海况,对多点系泊系统和FPSO与穿梭油轮的旁靠耦合系统进行时域分析及优化研究。[方法]运用AQWA及势流理论进行时域分析,优化系泊缆分段及其比例、导缆孔位置,并使用Fluent数值求解方法,分析两船旁靠时吃水变化对风浪流载荷的影响。[结果]结果表明:顶段为200 m钢缆、底段为316 m船链最适合200 m水深的FPSO多点系泊结构;旁靠缆张紧或者旁靠缆增重可以降低穿梭油轮的运动幅度,将导缆孔位置向船舯移动后,护舷和系泊缆的受力更加均匀;当旁靠缆重量为135 kg/m时,护舷和旁靠缆受力极值和平均值达到最小。[结论]所得结果可加深系泊参数对系泊缆张力及船舶运动影响的理解,并对优化系泊方案设计具有一定的参考价值。     

深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

涡激振动对FPSO外输系统的动态响应分析

外输系统包括FPSO、外输浮筒、外输管线主要构成部分,在外载荷的推动下,各个构件间存在复杂的耦合作用。由于输管线跨距长,在复杂的海洋环境载荷作用下极易发生涡激振动现象,从而引起管线的疲劳破坏。为研究涡激振动对FPSO外输系统的动态响应的影响,本文对FPSO及其外输系统进行了一系列的水动力分析,结合考虑浮体/管线的耦合效应和管线涡激振动现象,求解FPSO与外输浮筒的总体运动响应及外输管线的张力、疲劳损伤值,总结管线涡激振动现象对整个FPSO外输系统总体性能的影响。计算结果表明,管线的涡激振动效应对其自身的疲劳寿命起到主导性作用,而对FPSO及外输浮筒的运动响应和系缆张力的影响较小。     

基于AQWA的FPSO系泊系统响应数值模拟

针对墨西哥湾海域和西非海域,1 828.8 m水深转塔式FPSO系泊系统,利用水动力通用软件AQWA,建立风浪流作用下船体/锚链耦合系统模型,得到FPSO系泊系统频域与时域的动态响应.着重分析了浪向角180°和225°情况下的各自由度一、二阶响应.利用AQWA的缆索动力学模块,设计校核了系泊缆索受力情况.AQWA提供的...